Machine Translated by Google
Tạp chí Quốc tế về Nghiên cứu Kỹ thuật & Công nghệ (IJERT)
ISSN: 2278-0181
tập 3 Số 1, Tháng 1 - 2014
Thiết kế ăng-ten Bowtie đã sửa đổi cho các ứng dụng không dây
Bathala V. Sindooja
T. Anita Jones Mary
trợ lý giáo sư
sinh viên sau đại học
Khoa kỹ thuật điện tử và
Khoa kỹ thuật điện tử và
truyền thông
truyền thông
Đại học Karunya, Ấn Độ
Đại học Karunya, Ấn Độ
trừu tượng
Thiết kế của ăng-ten bowtie sửa đổi cho các đặc tính tăng
2. PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ
cường băng thông sử dụng phần mềm CADFEKO được báo cáo
trong bài báo này. Trong một ăng-ten hình cung, bằng cách sử
dụng các phần tử hình tam giác thay vì các thanh, băng thông
được tăng lên rất nhiều. Ăng-ten nơ cơ bản được sửa đổi
bằng cách sử dụng nguồn cấp dữ liệu ống dẫn sóng đồng phẳng
(CPW). Vấn đề chính với ăng-ten cấp nguồn CPW là cung cấp trở
kháng phù hợp dễ dàng với đường dây cấp nguồn CPW. Ăng-ten
được đề xuất có thể có suy hao phản hồi tối thiểu, dạng bức
xạ đa hướng, băng thông trở kháng rộng và VSWR<2. Hơn nữa,
Một công thức thực nghiệm về tần số cộng hưởng
của anten nơ được trình bày, dựa trên mô hình khoang của
anten vá vi dải như trong [2]. Quy trình thiết kế ăng-ten
bow-tic sử dụng thuật toán chung (GA) trong đó công thức
được coi là hàm thích nghi cũng được đưa ra. Một ăng-ten
bow-tic được tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền được đo.
Kết quả số và thử nghiệm được sử dụng để xác thực công thức
và GA.
ăng-ten đã sửa đổi được phân tích bằng cách sử dụng các vật
Công thức thiết kế của miếng vá thắt nơ, cho chế độ
liệu nền khác nhau. Kết quả cho thấy tổn thất đáng kể về mức
TM10 chiếm ưu thế , có thể thu được bằng cách sử dụng các phương
tăng khi tiếp tuyến suy hao của vật liệu được đưa vào mô phỏng. trình sau
Từ các kết quả mô phỏng, có thể kết luận rằng băng thông của
ăng ten được cải thiện bằng cách sử dụng chất nền có hằng số
fr=
điện môi thấp hơn hoặc bằng cách tăng độ dày của chất nền.
Rt =
Từ khóa: Anten nơ; CPW; VSWR
1. GIỚI THIỆU
+2
2
( +2
+( +2
)
)( +2
)
= ℎ
và mật độ người dùng ngày càng tăng đang thúc đẩy thiết kế
=
(
ứng dải rộng với khả năng không gian. Trong các hệ thống vô
+1
2
+0,3)
0,258)
+
được làm bằng hai vật thể dẫn điện gần như hình nón, gần
thông từ 3 quãng tám trở lên. Ăng-ten nơ là một dây gần đúng
theo hai chiều của ăng-ten lưỡng cực biconic (ví dụ: được
sử dụng để thu sóng truyền hình UHF). Ăng-ten hai mặt có băng
thông rộng vì nó là một ví dụ về cấu trúc sóng di chuyển;
phân tích cho một ăng-ten vô hạn lý thuyết giống như phân
+0,262
ℎ
ℎ
+0.813
1
1 +
2
=
tuyến, một ăng-ten hai mặt là một ăng-ten băng thông rộng
như chạm vào nhau tại các điểm của chúng. Ăng-ten lưỡng cực
là ăng-ten lưỡng cực băng thông rộng, thường thể hiện băng
(1)
(2)
0,412(
Áp lực thương mại của tốc độ dữ liệu ngày càng cao
ăng-ten cho các thiết bị liên lạc không dây di động có đáp
1.152
2
+
2
(3)
1 2
12ℎ
(4)
(5)
Trong đó, Wc là khoảng cách trung tâm giữa các
cung, được tạo thành 0 vì anten được thiết kế từ gốc tọa
, là
độ (0,0,0) cho anten cung cơ bản, Rt
điện trở kết thúc của ăng ten nơ và Δl là độ dài mở rộng
do hiệu ứng viền của ăng ten bức xạ cũng như các tham số,
, h và ε lần lượt là độ thấm
εr
của hằng số điện môi của chất nền, độ dày của chất nền và
tích của một đường truyền. Anten khe nơ và nơ là các biến
thể kiểu phẳng của ăng ten hai mặt có các đặc tính băng rộng
như trong [5] và [10]. Một số thiết kế khe thắt nơ được
độ thấm hiệu dụng của chất nền và c là vận tốc của sóng
điện từ trong không gian tự do.
giới thiệu, thể hiện BW rộng nằm trong khoảng từ 17% đến
40%. Tần số WIFI được chia thành hai băng tần: 2400-2484 MHz
và 5150-5850 MHz; Bởi vì WIFI là tần số cao nhất trên thiết
bị di động; ăng-ten WIFI sẽ là ăng-ten nhỏ nhất.
Thiết kế được thực hiện trong FEKO, đây là công cụ
Phương pháp Moments (MoM) có thể được sử dụng để tính toán
mô hình bức xạ, trở kháng và mức tăng của ăng-ten khi được
gắn trên một số hình học xác định. Ngoài ra, nó có thể tính
Hình 1. Ăng-ten hình cung được cấp nguồn CPW
toán sự cách ly hoặc khớp nối lẫn nhau (S12) giữa các cặp
Thiết kế nơ cơ bản được thiết kế trong FEKO và được hiển
ăng-ten, trường gần xung quanh ăng-ten và điện
dòng điện chạy trên ăng-ten hoặc cấu trúc xung quanh
như trong [9].
IJERTV3IS10320
thị trong hình 2. Cà vạt nguồn cấp dữ liệu CPW mô phỏng được hiển thị
trong hình 3.
www.ijert.org
783
Machine Translated by Google
Tạp chí Quốc tế về Nghiên cứu Kỹ thuật & Công nghệ (IJERT)
ISSN: 2278-0181
tập 3 Số 1, Tháng 1 - 2014
3. THỨC ĂN CPW
Phương trình sau đây cho thương số dung sai
Ăng-ten sử dụng đường cấp nguồn CPW như trong hình 1,
fc ≈
có nhiều tính năng hấp dẫn bao gồm tổn thất bức xạ thấp, ít
phân tán, dễ tích hợp cho các mạch vi sóng nguyên khối (MMIC)
mặt sau để tích hợp các thiết bị như trong [4],[8], [11]. Do
càng trở nên hấp dẫn hơn.
Ăng-ten khe cấp nguồn CPW với gương phản xạ hình dạng được
sửa đổi đã được đề xuất. Bằng cách định hình gương phản xạ,
có thể đạt được những cải tiến đáng chú ý về cả băng thông và
1
=
(6)
2L ε0εr μ0
4.2. BIẾN HÌNH CHIỀU RỘNG
và cấu hình đơn giản với một lớp kim loại, do không cần xử lý
đó, các thiết kế của ăng-ten được cấp nguồn CPW gần đây ngày
c
2L εr
Thứ hai, chiều rộng W kiểm soát trở kháng đầu vào và
dạng bức xạ. Bản vá càng rộng thì trở kháng đầu vào càng thấp.
Độ thấm ε của chất nền kiểm soát các trường viền, độ thấm thấp
hơn có các vân rộng hơn và do đó bức xạ tốt hơn. Giảm độ thấm
cũng làm tăng băng thông của ăng-ten. Phương trình sau đưa ra
hệ số dung sai
dạng bức xạ, cung cấp bức xạ một chiều, trong khi vẫn duy trì
cấu trúc đơn giản. Ở đây, khả năng bao phủ một số dải tần số
ten có cấu trúc đơn giản và nhỏ gọn.
1
L ≈
WiFi và WiMAX được tiêu chuẩn hóa trong khi bám vào lớp ăng-
2fc ε0εrμ0
(7)
4.3. BIẾN ĐỔI CHIỀU CAO
Chiều cao của chất nền h cũng kiểm soát băng thông
tăng chiều cao tăng băng thông. Việc tăng chiều cao của ăng
ten vá làm tăng băng thông của nó có thể được hiểu theo nguyên
tắc: "ăng ten chiếm nhiều không gian hơn trong một thể tích
hình cầu sẽ có băng thông rộng hơn". Phương trình sau đây mô
tả sơ bộ cách thức tỷ lệ băng thông với các tham số này:
W
B α εr 1
giờ (8)
2
εr
L
Các mô phỏng được thực hiện cho các cấu hình chất nền
khác nhau của ăng-ten bowtie với chất nền Duroid, FR4 và benzo
Hình 2. Ăng-ten nơ cơ bản trong FEKO
cyclobuten.
5. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Dạng bức xạ của ăng ten dây cung được đề xuất với
nguồn cấp dữ liệu CPW có tính định hướng cao so với ăng ten
thông thường và kết quả được thể hiện trong hình 4 và 5.
Hình 3. Ăng-ten nơ được đề xuất trong FEKO
4. PHÂN TÍCH VẬT LIỆU NỀN
Vật liệu nền đóng vai trò quan trọng trong thiết kế,
sản xuất và hiệu suất thành phẩm của ăng-ten. Một phương pháp
đơn giản có thể được sử dụng để sửa đổi các thuộc tính khác
nhau của ăng-ten là bằng cách thay đổi các tham số của chất nền
như chiều cao và hằng số điện môi của chất nền ảnh hưởng đến
các đặc tính của ăng-ten. Tất cả các tham số trong thiết kế ăngten (L, W, h, hằng số điện môi) kiểm soát các thuộc tính của
ăng-ten.
Hình 4. Dạng bức xạ của ăng-ten nơ cơ bản
4.1. BIẾN ĐỔI CHIỀU DÀI
Đầu tiên, độ dài của miếng vá L kiểm soát tần số cộng
hưởng. Nói chung, điều này đúng, ngay cả đối với các ăng-ten
phức tạp hơn bao quanh chiều dài của đường dẫn dài nhất trên
vi dải điều khiển tần số hoạt động thấp nhất.
IJERTV3IS10320
www.ijert.org
784
Machine Translated by Google
Tạp chí Quốc tế về Nghiên cứu Kỹ thuật & Công nghệ (IJERT)
ISSN: 2278-0181
tập 3 Số 1, Tháng 1 - 2014
Hình5. Mô hình bức xạ của ăng ten bowtie được đề xuất
Hình 7. Các tham số S11 của ăng-ten hình cung được đề xuất
Các thông số S của ăng-ten cơ bản được đưa ra trong hình 6.
Nó cho gần -15dB tương ứng.
Hình 8.S11 đặc tính của chất nền1
Đường cong đặc tính S11 cho chất nền thứ hai - Thủy tinh được
Hình 6. Các thông số S11 của ăng ten bowtie cơ bản
hiển thị trong Hình 9. Giá trị S11 tính bằng dB là khoảng -7,5
Từ đồ thị tham số S của ăng-ten đề xuất trong hình 7, cho thấy
rằng ăng-ten đề xuất cho băng thông rộng hơn cấu trúc ăng-ten cơ bản.
Bảng 1 cho thấy sự so sánh băng thông đạt được bởi ăng-ten hình cung cơ
bản và ăng-ten hình cung được đề xuất. Tăng cường băng thông đạt được tới
50% trong hình 7.
Bảng 1. So sánh băng thông của ăng-ten bowtie cơ bản và ăng-ten
bowtie được đề xuất
Thông số
Anten cơ bản
Anten đề xuất
Ứng dụng
Wi-Max
Wi-Max
Băng thông
7.08
13,57
Hình 9. Đặc tính S11 của chất nền2
phân số%
Đường cong đặc tính S11 cho chất nền thứ ba Duroid 6010 được hiển thị trong Hình 10. Giá trị S11 tính bằng dB là
Ăng-ten đề xuất được phân tích trên ba vật liệu nền khác nhau
khoảng -7,8.
như đã đề cập trước đó. Đường cong đặc tính S11 cho cơ chất đầu tiên benzo-cyclobuten được thể hiện trong Hình 8. Giá trị S11 tính bằng dB là
khoảng -7.
IJERTV3IS10320
www.ijert.org
785
Machine Translated by Google
Tạp chí Quốc tế về Nghiên cứu Kỹ thuật & Công nghệ (IJERT)
ISSN: 2278-0181
tập 3 Số 1, Tháng 1 - 2014
7. TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]
Abdelnasser A. Eldek, Atef Z. Elsherbeni Thành viên cấp cao, IEEE,
và Charles E. Smith Life Thành viên cấp cao (2004), Hội nghị Radar “Anten
có khe buộc nơ băng rộng với sơ đồ điều chỉnh” của IEEE, 2004. Kỷ yếu của
IEEE
[2] AhmetCemalDurgun, Thành viên sinh viên, IEEE, Constantine A.
Balanis, Life Fellow, IEEE, Craig R. Birtcher, và David R. Allee, Thành
viên, IEEE (2011) “Thiết kế, mô phỏng, chế tạo và thử nghiệm ăng-ten thắt
nơ linh hoạt” IEEE giao dịch trên ăng-ten và sự lan truyền, tập. 59, không.
12, tháng mười hai 2011
[3]
Chen Wen-jun, Li Bin-hong và XicTao (2004), IEEE “Công thức tần số
cộng hưởng của anten nơ và ứng dụng của nó”
Hình 10. Đặc tính S11 của chất nền3
Hội nghị chuyên đề quốc tế về anten và tuyên truyền, 2004.
IEEE, Tập: 4
Bảng 2. So sánh các kết quả mô phỏng ăng-ten
nơ đã sửa đổi trên các hằng số điện môi khác nhau
Tên
giấy phép
dày lên
Mất
gãy xương
chất
tính chất
điện môi
bản
tang
trên
VS
chất
BW %
WR
, εr
của chất nền
nền
phòng thí nghiệm
không, δ
[4]
S11
tính bằng dB
2.6
Benzo
1.6
Truyền thông” Tiến bộ trong Kỷ yếu hội nghị chuyên đề nghiên cứu điện từ,
Marrakesh, Maroc, ngày 20–23 tháng 3
[5]
te, h
thử nghiệm
Chang-Ju Wu, I-Fong Chen, và Chia-Mei Peng (2011) “A
Anten khe cắm hình nơ phân cực kép cho băng thông rộng
tối thiểu
KamyaYekehYazdandoost và Ryuji Kohno (2012) “Anten có khe cho hệ
thống siêu băng thông rộng” Truyền thông không dây và điện từ tính toán ứng
0
5
1.2
-7
dụng, 2005. Hội nghị quốc tế IEEE/ACES
xích lô
[6]
đồ dùng
Kulwinder Singh, Yadwinder Kumar, Satvir Singh “Một ăng-ten thắt
nơ đã được sửa đổi với khe hình chữ U cho các ứng dụng Không dây”
5,5
g
1.6
0
27
1,5
-7,5
Đ.
10.2
1.6
0,002
7
2
-7,8
Thủy tinh
3
Duroid
6010
Tạp chí quốc tế về công nghệ mới nổi và tiên tiến
Engineering ISSN 2250-2459, Tập 2, Số 10, tháng 10 năm 2012)
1
[7]
KV Rop1, DBO Konditi2 Khoa Kỹ thuật Thông tin và Viễn thông Jomo
Kenyatta
Đại học Nông nghiệp và Công nghệ, Nairobi, Kenya.
2
Khoa Kỹ
thuật, Đại học Đa phương tiện, Nairobi Kenya. (2012)
“Phân tích hiệu suất của ăng-ten vá vi dải hình chữ nhật trên các chất nền
Băng thông rộng hơn là do δ hạ thấp hệ số chất lượng
của ăng-ten. Cả băng thông và độ lợi đều giảm khi εr tăng đối
với chất điện môi hoàn hảo. Mối quan hệ tuyến tính của mức
điện môi khác nhau”Thiết kế và Kỹ thuật Hệ thống Sáng tạo ISSN 2222-1727
(Giấy) ISSN 2222-2871 (Trực tuyến) Tập.
3, Số 8, 2012
giảm 2 dB mỗi thập kỷ được quan sát giữa mức tăng và lý tưởng
[số 8]
được đánh giá lại trong phạm vi của nghiên cứu này. Băng
Ăng-ten với sơ đồ điều chỉnh dây thắt lưng hình chữ L” World Academy of
thông không thay đổi đối với chất nền bị mất. Tuy nhiên, mức
Khoa học, Kỹ thuật và Công nghệ 24, 2008
PrapochJirasakulporn (2008) “Khe cắm CPW-Fed nhiều băng tần
tăng giảm tuyến tính 1,5 dB mỗi thập kỷ để tăng εr . Các kết
quả mô tả tổn thất đáng kể về mức tăng khi tiếp tuyến tổn thất
của vật liệu được đưa vào mô phỏng
[9]
Siva Agora SakthivelMurugan, K.Karthikayan, Natraj.NA, Rathish.CR
(2013) “Ăng-ten hình nơ có rãnh ba dải cho các ứng dụng không dây” Tạp chí
quốc tế về nghiên cứu kỹ thuật tính toán, Tập: 03, Số phát hành, 7
6. KẾT LUẬN
Nó được phân tích rằng nguồn cấp CPW cho ăng-ten đã
[10]
Y. Tawk, Thành viên sinh viên, IEEE, KY Kabalan, A. El Hajj, CG
đạt được sự tăng cường băng thông gấp đôi giá trị ban đầu.
Ngoài ra, các chất nền mà ăng-ten được xây dựng trên đó cho
Christodoulou, Thành viên, IEEE, và J. Costantine, Thành viên sinh viên,
thấy rằng chất nền có giá trị điện môi thấp hơn giúp đạt được
Ăng-ten IEEE và các chữ cái lan truyền không dây, tập. 7, 2008
hiệu suất ăng-ten tốt.
IEEE (2008) “Một ăng-ten hình nơ in nhiều dải đơn giản”
[11]
Yu-Wei Liu, Shih-Yuan Chen, và Powen Hsu (2010)
“Anten nơ hình dải kim loại nhúng cho các ứng dụng Wi-Fi và WiMAX” Hội nghị
chuyên đề quốc tế về Hiệp hội tuyên truyền và anten (APSURSI), 2010 IEEE.
IJERTV3IS10320
www.ijert.org
786