Luận án Nghiên cứu phát triển hệ thống định vị vô tuyến trong nhà sử dụng anten điều khiển búp sóng

iữ nguyên đặc trưng của anten 
lưỡng cực là điều cần thiết. Để giải quyết vấn đề này, bộ tạo cân bằng tín hiệu vi dải 
ở đầu ra (gọi là balun) được đề xuất dựa trên nguyên lý balun dây của W.Roberts 
[178]. Balun có nhiệm vụ chuyển tiếp cấu trúc truyền sóng không đối xứng sang đối 
xứng, cấp nguồn cho hai cánh bức xạ của anten lưỡng cực mạch in. Trên Hình 2.3 
mô tả sơ đồ tương đương của balun và tính toán trở kháng theo các công thức (2.2), 
(2.3) và (2.4). 
 M = - j Zf2 cotgθf2 ; N = j Zb tgθb (2.2) 
 NZ L
 ZMin (2.3) 
 NZ L
 j Zb tg b Z L
 Zin j Z f22 cotg f (2.4) 
 j Zb tg b Z L
 Theo công thức (2.4), để đạt được phối hợp trở kháng hoàn hảo và băng thông 
rộng, các tham số của balun phải thỏa mãn yêu cầu sau: Lf2 = Lb = λ/4 hay θ = θf2 = 
θb = 90°. 
 Hình 2.3: Cấu trúc của anten LC-ĐaH tích hợp balun hình chữ “J” và sơ đồ tương 
 đương của balun. 
 Anten lưỡng cực mạch in nửa bước sóng được thiết kế tại tần số trung tâm 2,45GHz 
trên chất nền Roger RO4003 với các thông số: bề dày chất nền h = 0,8mm, bề dày 
lớp đồng t = 0,035mm, hằng số điện môi r = 3,55 và hệ số suy hao điện môi 
tan = 0,0027. Các tham số kích thước của anten đề xuất được chỉ ra trong Bảng 2.1. 
 50 
 Bảng 2.1: Các tham số kích thước của anten LC-ĐaH 
 Cánh bức xạ (mm) Balun (mm) 
 L W g Lb Wb Wsg Lf1 Lf2 Ws 
 21.56 4.01 1.5 23 4.01 7 9.5 23 4.01 
 Hình 2.4 là kết quả S11 khá tương ứng giữa mô phỏng và đo, băng thông rộng 
500 MHz, hệ số tăng ích mô phỏng là 2 dBi, hiệu suất tổng đạt 98%. Anten LC-ĐaH 
được thiết kế chế tạo với kích thước tổng 45×62mm như Hình 2.5. 
Hình 2.4: Kết quả mô phỏng, đo của hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐaH 
 a) Mặt trên b) Mặt dưới 
 Hình 2.5: Hình ảnh anten LC-ĐaH được chế tạo 
 Nếu sử dụng LC-ĐaH, anten mảng có góc mở dải quạt rộng như trình bày trong 
mục 3.2, điều này không phù hợp với mục tiêu đặt ra cho AĐKBS dải quạt hẹp ~90. 
Để giảm góc mở dải quạt của AĐKBS, cần phải giảm góc mở theo phương yoz của 
LC-ĐaH xuống ~ 100, do đó cần thiết kế thêm các thanh phản xạ trình bày ở mục b 
và dẫn xạ ở mục c trong phần tiếp theo, để điều chỉnh độ rộng búp sóng theo phương 
yoz phù hợp với tiêu chí đặt ra cho AĐKBS. 
 Anten lưỡng cực mạch in định hướng 
 Đối với các ứng dụng yêu cầu khoảng cách truyền tín hiệu xa và theo hướng xác 
định thì giản đồ bức xạ của anten được yêu cầu là loại bức xạ định hướng. Để đạt 
 51 
được điều này cần thêm một mặt phản xạ hoặc một chấn tử phản xạ cho anten mạch 
in là hai cách phổ biến được sử dụng. Hình 2.6 là mô hình anten lưỡng cực định 
hướng (LC-ĐiH) xuất phát từ anten lưỡng cực mạch in đẳng hướng đã thiết kế chế 
tạo trong Hình 2.5. Khi thiết kế thêm thanh chấn tử phản xạ, đặt sau cánh bức xạ một 
khoảng cách bằng một phần tư bước sóng cho anten LC-ĐaH tạo nên anten LC-ĐiH. 
Do đó, giản đồ bức xạ từ đa hướng chuyển thành định hướng trực giao với cánh bức 
xạ. Tham số của chấn tử phản xạ được xác định thông qua nguyên lý tương hỗ. Mối 
quan hệ giữa dòng tích cực của cánh bức xạ chủ động (I1) và dòng cảm ứng trên các 
chấn tử thụ động (I2) được thể hiện trong công thức (2.5). 
 I2 i
 ae (2.5) 
 I1
 2 2 2 2
 a ()() R12 X 12  R 22 X 22 (2.6) 
 XX 
  arctg 12 ar ctg 22 (2.7) 
 RR12 22
 Trong đó, R12 và X12 là phần thực và phần cảm của trở kháng tương hỗ giữa chấn 
tử bức xạ và chấn tử phản xạ; R22 và X22 là phần trở và phần cảm của tổng trở riêng 
của chấn tử phản xạ. 
 X
 Nếu arctg 22 > 0 chấn tử là phản xạ hay X22 > 0 (độ dài của chấn tử lớn hơn 
 R22
nửa bước sóng), nếu < 0 chấn tử dẫn xạ hay X22 < 0 (độ dài của chấn tử 
nhỏ hơn nửa bước sóng). Khoảng cách giữa chấn tử phản xạ và cánh bức xạ thường 
(0,15 ÷ 0,25) [149], trong thiết kế đã chọn chiều dài chấn tử phản xạ bằng 0,25g. 
Sau quá trình tính toán lựa chọn, các tham số của anten LC-ĐiH thể hiện trong Bảng 
2.2, hiệu suất tổng mô phỏng đạt 97,7%. Anten được mô phỏng, chế tạo và đo kiểm 
đạt kết quả như Hình 2.6 và Hình 2.7. 
 Hình 2.6: Cấu trúc của anten LC-ĐiH và hình ảnh chế tạo 
 52 
 Anten cũng được thiết kế tại tần số trung tâm 2,45 GHz trên chất nền Roger 
RO4003 với các thông số: bề dày chất nền h = 0,8mm, bề dày lớp đồng t = 0,035mm, 
hằng số điện môi r = 3,55 và hệ số suy hao điện môi tan = 0,0027. Các tham số 
kích thước của anten được cho trong Bảng 2.2. 
 Bảng 2.2: Các tham số kích thước của anten LC-ĐiH; đơn vị mm 
 Cánh bức xạ Balun Chấn tử phản xạ 
 L W g Lb Wb Wsg Lf1 Lf2 Wf Lg Wg 
 23,5 4,2 1,5 18 4,2 4,2 22 16 2 20 10 
 Kết quả mô phỏng và đo hệ số S11 của anten LC-ĐiH được mô tả trên Hình 2.7.a. 
Anten có băng thông trong dải 2,36 ÷ 2,6 GHz. Giản đồ bức xạ định hướng có dạng 
hình dải quạt độ rộng búp sóng của LC-ĐiH theo phương xoy là 67, theo phương 
yoz là 118 và hệ số tăng ích 6,4 dBi. Kích thước tổng của anten LC-ĐiH sau khi chế 
tạo là 45×62 mm. 
 Hình 2.7: Hệ số S11 mô phỏng, đo và giản đồ bức xạ của anten LC-ĐiH 
 Theo Hình 2.7.b cho thấy, giản đồ bức xạ của LC-ĐiH có dạng hình dải quạt hẹp 
theo phương xoy và rộng theo phương còn lại (yoz). Đây là đặc điểm lợi thế của anten 
LC-ĐiH để tích hợp trong AĐKBS mảng pha dải quạt được nói tới trong mục 3.2 của 
chương 3. Như vậy, LC-ĐiH chưa đạt được yêu cầu về độ rộng búp sóng theo phương 
xoy ~ 60 và phương yoz ~100 của anten phần tử cho anten mảng. Do đó cần tăng 
độ định hướng thêm cho anten, thu hẹp búp sóng theo các phương dẫn tới anten phần 
tử dẫn xạ sẽ được đề cập tới trong mục c. 
 Anten lưỡng cực mạch in sử dụng chấn tử dẫn xạ 
 Với cánh bức xạ chủ động đảm bảo tính chất nửa bước sóng, đồng thời giảm kích 
thước theo chiều ngang của anten, cánh bức xạ được thiết kế uốn cong. Bên cạnh đó 
còn giúp tăng độ định hướng theo phương trực giao với cánh bức xạ. Để tăng thêm 
 53 
độ định hướng, các chấn tử dẫn xạ được thêm vào phía trước song song với cánh bức 
xạ như Hình 2.8 tạo thành anten lưỡng cực dẫn xạ mạch in (LC-DâX). Khoảng cách 
giữa các chấn tử dẫn xạ và cánh bức xạ thường (0,1 ÷ 0,35) [149]. 
 Sau quá trình khảo sát dựa trên nguyên lý của anten lưỡng cực dẫn xạ thì X22 < 0 
và dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn của phần mềm mô phỏng CST, các tham 
số của anten LC-DâX được lựa chọn như trong Bảng 2.3 tại các tần số 2,45GHz và 
5GHz. Kết quả hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten thể hiện trong các Hình 2.9, 
Hình 2.10 và Hình 2.11. 
 Hình 2.8: Hình ảnh nguyên lý và chế tạo của anten LC- DâX 
 Bảng 2.3: Các tham số của anten LC- DâX tại 2,45GHz; đơn vị mm 
 Cánh bức xạ Balun Thành phần định hướng 
 Tham số Giá trị Tham số Giá trị Tham số Giá trị 
 Larm 23,3 Wbalun 2,1 Ldirec 30 
 Warm 4,2 La 20 Wdirec 4,2 
 Ls 23 Lb 15,1 y1 14 (0,15g) 
 g 0,7 Wfeed 4,2 y2 14 (0,15g) 
 hsub 0,8 Lgnd 7 
 Lsub 74 Wgnd 24 
 Wsub 57,1 
 Hình 2.9: Hệ số S11 và giản đồ bức xạ của anten LC- DâX tại dải tần 2,45GHz 
 54 
 Đặc điểm của LC- DâX vẫn duy trì các tính chất của anten dẫn xạ thông thường 
khi tăng số chấn tử dẫn xạ thì độ tăng tích cũng tăng theo. Việc tối ưu LC- DâX làm 
các tham số như Lgnd, Larm, Lfeed, g, Warm, Ldirec thay đổi không đáng kể khi tăng số 
chấn tử dẫn xạ yi ( i =1, 2, 3n). Kết quả về băng thông và hệ số tăng ích được biểu 
diễn trong Bảng 2.5. Hệ số tăng ích càng cao thì kích thước của anten càng lớn, với 
LC- DâX có 2 chấn tử dẫn xạ nhận được tăng ích là 7,37 dBi tại 2,45GHz và 7,64 dBi 
tại 5GHz. 
 Bảng 2.4: Các tham số của anten LC-DâX tại 5GHz; đơn vị mm 
 Cánh bức xạ Balun Thành phần định hướng 
 Tham số Giá trị Tham số Giá trị Tham số Giá trị 
 Larm 11,4 Wbalun 2,1 Ldirec 15 
 Warm 2,1 La 10,1 Wdirec 2,1 
 Ls 11,5 Lb 8 y1 7 (0,15g) 
 g 0,7 Wfeed 2,1 y2 7 (0,15g) 
 hsub 0,8 Lgnd 3,5 
 Lsub 37 Wgnd 12 
 Wsub 29 
 Bảng 2.5: Băng thông và hệ số tăng ích của anten LC-DâX khi thay 
 đổi số lượng chấn tử dẫn xạ (n) tại tần số trung tâm 5GHz 
 n BW [MHz] Tăng ích [dBi] n BW [MHz] Tăng ích [dBi] 
 0 770 6,03 5 580 8,77 
 1 592 7,00 6 470 9,28 
 2 500 7,64 7 450 9,64 
 3 450 8,18 8 588 9,81 
 4 820 8,43 9 582 9,89 
 Hình 2.10: Cấu trúc anten LC-DâX nhiều chấn tử dẫn xạ và hệ số S11 của các 
 anten lưỡng cực tại dải tần 5GHz 
 55 
 Hình 2.11: Giản đồ bức xạ của các anten LC-ĐaH, LC-ĐiH, LC-DâX gồm 2, 8 
 chấn tử dẫn xạ tại dải tần 5GHz 
 Sau khi nghiên cứu, đề xuất các loại anten lưỡng cực mạch in phần tử như trình 
bày ở trên. Các loại anten và hình dạng búp sóng của chúng đã được tổng hợp và xem 
xét để đưa ra lựa chọn phù hợp cho những AĐKBS đề xuất trong những phần tiếp 
theo. Anten LC-DâX hoạt động tại dải 2,45GHz với 2 chấn tử dẫn xạ sẽ được đề xuất 
làm anten phân tử của AĐKBS mảng pha dải quạt hẹp khi đáp ứng được yêu cầu về 
hình dạng búp sóng đã đề ra: theo phương xoy 67 và 100  theo phương yoz. 
 Thiết kế bộ dịch pha vi dải sử dụng ma trận Butler 
 Với mạch vi dải có nhiều lựa chọn khác nhau để thiết kế mạch dịch pha, với mục 
đích tăng hiệu suất cho mạch, số cầu nối ít, loại bỏ phần tử chuyển mạch sử dụng PIN 
đi-ốt, luận án sử dụng bộ dịch pha ghép song song dựa trên ma trận Butler. 
 Ma trận dịch pha Butler 
 Hình 2.12: Cấu trúc chung của ma trận dịch pha Butler N×N 
 l
 Ma trận Butler có cấu trúc gồm N đầu vào và N đầu ra với N = 2 |(l =1, 2, 3,), 
mỗi đầu vào ứng với một độ lệch pha ở các đầu ra tương ứng theo công thức (2.8). 
 56 
Với mỗi độ lệch pha ở các đầu ra sẽ tạo ra một búp sóng chính với góc quay tương 
ứng như công thức (2.9). Mạch dịch pha dựa trên ma trận Butler bao gồm: các bộ 
dịch pha cố định dựa theo chiều dài đường vi dải (22,5; 45; 67,5), bộ chia đôi 
nguồn vuông pha QPD và cầu nối chéo như ví dụ ở mạch Butler 4×4 trên Hình 2.13 
 l
và Butler 8×8 trên Hình 2.22. Nếu ma trận Butler N×N sẽ có l lớp với N = 2 |(l =1, 2, 
3,), mỗi lớp có N/2 bộ QPD và N/2 bộ dịch pha cố định [179]. Nếu mảng có N phần 
tử, sẽ sử dụng ma trận dịch pha Butler N×N từ đó tạo ra N búp sóng. 
 Độ lệch pha giữa các phần tử của mảng: 
 21l 
 180  (2.8) 
 N
Góc quay của các búp sóng chính được xác định bởi: 
  arccos ; k = 2π/ (2.9) 
 kd
Nếu sử dụng ma trận Butler 4×4 thì độ lệch pha φ ở các đầu ra gồm: 45  ; 1 35 
Nếu sử dụng ma trận Butler 8×8 thì 22,5  ; 67,5  ; 1 12,5  ; 157,5  
 Mạch dịch pha sử dụng ma trận Butler 4×4 tại tần số 2,45 GHz. 
 Căn cứ vào góc quét, dải tần sử dụng và kích thước của AĐKBS như đã trình bày 
ở trên dẫn đến việc lựa chọn mảng bốn phần tử. Ứng với mảng bốn phần tử, mạch 
dịch pha Butler tương ứng với N = 4 gồm hai lớp, mỗi lớp hai bộ QPD, hai bộ dịch 
pha cố định. Để nối hai lớp với nhau cần hai cầu nối chéo như Hình 2.13 dưới đây: 
 Hình 2.13: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận Butler với N = 4 
 Bộ chia đôi nguồn vuông pha QPD: 
 Bộ QPD hay còn gọi bộ lai có chức năng chia đôi nguồn và tín hiệu đầu ra lệch 
pha nhau một góc 90. QPD là mạch điện bốn cửa có bộ tham số S được xác định 
 57 
theo công thức (2.10) [180]. Các tham số về chiều dài và trở kháng được thiết kế như 
Hình 2.14. 
 0j 1 0
 1 j 0 0 1
 S (2.10) 
 QPD 2 1 0 0 j
 0 1j 0
 Hình 2.14: Cấu trúc của bộ QPD và cầu nối chéo 
 Kết quả mô phỏng các tham số của mạch QPD tại tần số trung tâm 2,45 GHz được 
thể hiện trong Hình 2.15.a, nhận thấy các tham số S11, S22 nhỏ và các tham số S31, 
S41 lớn phản ánh đường truyền hiệu suất cao từ các cổng 1, 2 ra cổng 3, 4. Kết quả 
tham số S12 hay S21 phản ánh sự cách ly giữa 2 cổng vào. Hình 2.15. b. là kết quả 
độ lệch pha giữa hai đầu ra của QPD bằng 90,2. 
 Hình 2.15: Các tham số S và độ lệch pha giữa 2 cổng ra của bộ QPD 
 Cầu nối chéo: 
 Hình 2.14.b là cấu trúc của cầu nối chéo, đặc điểm của cầu này là truyền tín hiệu 
theo đường chéo: tín hiệu từ cổng 1 truyền sang cổng 4 và cách ly với hai cổng còn 
lại, tín hiệu từ cổng 2 truyền sang cổng 3 cách ly với hai cổng 1 và 4. Cầu nối chéo 
 58 
có đặc điểm độ lệch pha giữa vào và ra bằng 0 hay tín hiệu vào và ra đồng pha nhau. 
Trường hợp đơn giản người ta có thể dùng cáp đồng trục để thay thế cầu này, tuy 
nhiên mối hàn sẽ làm suy giảm tín hiệu đáng kể so với đường vi dải không mối hàn. 
Các tham số về chiều dài và trở kháng được thể hiện rõ trên Hình 2.14.b. Cầu nối 
chéo là mạch bốn cửa, các bộ tham số S được mô tả theo công thức (2.11). 
 0 0j 0
 0 0 0 j
 S (2.11) 
 CÇu nèi chÐo j 0 0 0
 0j 0 0
 Hình 2.15.b thể hiện các tham số S khi đầu vào tích cực, tham số S11 rất nhỏ thể 
hiện tín hiệu truyền đi tốt, tín hiệu phản xạ nhỏ. Tham số S21 và S31 nhỏ thể hiện sự 
cách ly tín hiệu giữa các cổng này được đảm bảo. Thông số S41 phản ánh việc tín 
hiệu truyền từ cổng 1 đến cổng 4, trong dải tần từ 2,2 ÷ 2,4 GHz tín hiệu truyền rất 
tốt (-0,19dB tại 2,45GHz), các dải khác bị suy giảm dần. Trên Hình 2.15 cũng cho 
thấy tín hiệu vào và tín hiệu ra là cùng pha (độ lệch pha bằng 0) 
 Bộ dịch pha cố định 45: 
 Bộ dịch pha cố định 45 dựa trên sự trễ pha do chiều dài đường truyền vi dải, được 
thiết kế và kết quả mô phỏng độ lệch pha 45 º được thể hiện trong Hình 2.16. 
 Hình 2.16: Cấu trúc bộ dịch pha 45º và kết quả mô phỏng của đường vi dải. 
 Cấu trúc ma trận dịch pha Butler 4×4 gồm các phần tử cũng như việc phối hợp trở 
kháng được thực hiện trên Hình 2.17.a. Lựa chọn một trong bốn cổng vào sẽ hình 
thành bốn búp sóng tương ứng ở các vị trí được thể hiện trong Hình 2.13. Các hệ số 
phản xạ khi các đầu vào được tiếp điện lần lượt được thể hiện trên Hình 2.17.b. Từ 
 59 
kết quả cho thấy bộ dịch pha có băng thông rộng BW = 500MHz, phối hợp trở kháng 
tốt trong dải 2,2 ÷ 2,7GHz. 
 Hình 2.17: Cấu trúc của ma trận Butler 4×4 thiết kế và tham số S mô phỏng 
 Sau khi mô phỏng, các tham số S của bộ dịch pha được thể hiện trên Hình 2.18, từ 
đó cho thấy hệ số truyền qua từ cổng vào tới các cổng ra và độ lệch pha giữa các cổng 
ra tương ứng với các đầu vào được tiếp điện. Các hệ số truyền qua xấp xỉ -6 dB và độ 
lệch pha giữa các đầu ra ~ ±45° và ±135° được tổng hợp lại trong Bảng 2.6. 
 Bảng 2.6: Kết quả mô phỏng độ lệch pha giữa các đầu ra của Butler 4×4 
 Cổng ra Độ lệch pha 
 Cổng vào 
 Cổng 5 Cổng 6 Cổng 7 Cổng 8 φ 
 Cổng 1 0 º 41.3º 86.6º 132.3º ~ +45º 
 Cổng 2 0 º -130.0º 87.6º -39.0º ~ -135º 
 Cổng 3 0 º 125.8º -91.45º 38.3º ~ +135º 
 Cổng 4 0 º -45.9º -91.18º -132.7º ~ -45º 
 60 
Cổng 1 tích cực 
 a) Hệ số truyền qua b) Độ lệch pha giữa các đầu ra 
Cổng 2 tích cực 
 c) Hệ số truyền qua d) Độ lệch pha của các dầu ra 
Cổng 3 tích cực 
 e) Hệ số truyền qua f) Độ lệch pha của các đầu ra 
Cổng 4 tích cực 
 g) Hệ số truyền qua h) Độ lệch pha của các đầu ra 
 Hình 2.18: Kết quả các tham số truyền qua và độ lệch pha giữa các đầu ra 
 61 
 Kết quả anten điều khiển búp sóng mảng pha dải quạt hẹp 
 Anten điều khiển búp sóng sử dụng phần tử anten lưỡng cực dẫn xạ mạch in 
 tại tần số trung tâm 2,45GHz 
 Sau khi tích hợp bốn anten phần tử LC-DâX vào mảng tuyến tính, thực hiện mô 
phỏng mảng không ghép bộ dịch pha. Xuất hiện sự lệch tần nhẹ của các anten phần 
tử trong mảng là do ảnh hưởng của hiện tượng tương hỗ giữa các phần tử gây nên. 
Sau khi hiệu chỉnh lại các tham số của anten phần tử trong mảng sao cho chúng cộng 
hưởng tại tần số trung tâm 2,45GHz tốt nhất, tiến hành ghép bộ dịch pha Butler 4×4. 
Để kiểm chứng nguyên lý thiết kế dựa trên việc mô phỏng sau đó tiến hành chế tạo 
và đo kiểm AĐKBS mảng pha. Hình ảnh AĐKBS mảng pha được chế tạo thể hiện 
trong Hình 2.19, anten được đo tại phòng thí nghiệm IMEP-LAHC, Đại học Greno-
ble, Cộng hòa Pháp. Kết quả đo và mô phỏng tham số S tại các cổng vào của anten 
khá tương đồng được thể hiện trong Hình 2.20. Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức 
xạ theo phương xoy và yoz của AĐKBS trình bày trong Hình 2.21. 
 Mặt trên Mặt dưới Hình ảnh đo AĐKBS 
 Hình 2.19: Hình ảnh AĐKBS mảng pha được chế tạo và đo kiểm 
 Hình 2.20: Kết quả mô phỏng và đo bộ tham số S của AĐKBS đề xuất. 
 62 
 Hình 2.21: Kết quả mô phỏng và đo giản đồ bức xạ của AĐKBS. 
 Để đánh giá kết quả AĐKBS đề xuất với các nghiên cứu có liên quan trên thế giới 
được thể hiện trong Bảng 2.7. Các công bố trong bảng ở cùng dải tần thiết kế, cùng 
số lượng anten phần tử và có mạch dịch pha tương tự với đề xuất. Ưu điểm nổi bật 
của AĐKBS đề xuất có độ rộng búp sóng theo phương xoy của AĐKBS dải quạt đề 
xuất hẹp từ 21,5º ÷ 24,5º điều này là một trong những tiêu chí làm tăng độ chính xác 
trong định vị khi quét hay dò tìm đối tượng. Hệ số tăng ích của bốn búp từ 9,13 dBi 
đến 9,8 dBi cao hẳn so với các nghiên cứu [49-51] đối với công bố [48] giản đồ bức 
xạ dạng hình bút, năng lượng tập trung hơn nhiều so với anten đề xuất hình dải quạt, 
mặt khác chế tạo dựa trên chất nền Duroid 5880 tổn hao thấp hơn ba lần so với 
RO4003C nên tăng ích có cao hơn so với anten đề xuất. Bởi độ rộng búp sóng theo 
phương quét hẹp do đó góc quay cũng hẹp theo để tránh hiện tượng lọt khe khi dò 
đối tượng, góc quét gồm: -36º, -12º, +12º, +37º, do đó vùng quét của anten đề xuất là 
97 phù hợp với yêu cầu thiết kế. Độ rộng búp sóng theo phương yoz của anten đề 
xuất trong khoảng: 60º ÷ 100º phù hợp với ứng dụng đã đề ra: (1) vùng phủ theo 
phương thẳng đứng rộng hơn, có thể dò được đối tượng ở các chiều cao khác nhau, 
điều này là những hạn chế của các công bố sử dụng anten phần tử tấm; (2) góc mở 
của dải quạt không quá rộng kết quả đo trong khoảng 60 ÷ 100 sẽ tránh được hiện 
tượng phản xạ lại từ sàn hay trần khi lắp đặt trong hệ thống, giảm thiểu tín hiệu đa 
đường. Hiệu suất tổng của AĐKBS lớn hơn 80%; băng thông rộng 400MHz (16,3%). 
Để đạt được tiêu chí về giản đồ bức xạ, hiệu suất cao và cấu trúc phẳng, anten lưỡng 
cực thiết kế dạng mảng tuyến tính ngang, khoảng cách giữ các phần tử phải lớn hơn 
nửa bước sóng dẫn đến hạn chế của AĐKBS đề xuất là kích thước của anten còn lớn 
220mm×260mm. Ngoài ra búp sóng phụ của AĐKBS còn cao lên tới -6,8 dB. 
 63 
 Bảng 2.7: So sánh với các công bố khác có liên quan 
 @ 2,4 GHz [48] 2009 [49] 2011 [50] 2013 [51] 2015 Đề xuất 
 ± 12°; -39°; 
 Góc quét (°) ± 14,3°; ± 47,8° ± 15°; ± 45° ± 20°; ± 40° ± 12°; -36°; +37° 
 +40° 
 HPBW xoy 25,2 34,9 ÷ 60,6; 28; 30 33,8 ÷ 40,3 21,5 ÷ 24,5 
 (°) yoz -- -- -- -- 60 ÷ 100 
 Glớn nhất (dBi) 11,4 6,6 ÷ 11,8 6 ÷ 7.5 3,94 ÷ 6,11 9,13  9,8 
 BW (MHz) 200 -- 600 100 400 
 Búp phụ (dB) -14 ÷ -8 -16 ÷ -3,1 -9,5 ÷ -5,5 -- -9,2 ÷ -6,8 
 Chất nền Duroid 5880 FR4 FR4 FR4 RO 4003C 
 Hiệu suất 90% Thấp 70% Thấp 80% 
 Cấu trúc Phẳng Không phẳng Không phẳng Không phẳng Phẳng 
 Kích thước () (1,52×1,74) -- -- (2,1 × 2,29) (1,8 × 2,1) 
 Anten điều khiển búp sóng sử dụng phần tử anten lưỡng cực dẫn xạ mạch in 
 tại dải tần 5GHz 
 Dựa trên cùng nguyên lý sử dụng ma trận dịch pha Butler, anten phần tử LC-DâX 
như mục a, với mục tiêu thu hẹp độ rộng búp sóng và tăng vùng phủ theo phương 
quét, trong mục này luận án đề xuất AĐKBS có thể được áp dụng cho chuẩn Wi-Fi 
thế hệ mới IEEE 802.11 ac. Xét về mọi phương diện như: giản đồ bức xạ, tần số, kích 
thước và khả năng chế tạo ở Việt Nam, AĐKBS đề xuất gồm tám búp sóng chính và 
được thiết kế tại tần số trung tâm 5GHz. 
 Hình 2.22: AĐKBS mảng pha sử dụng ma trận dịch pha Butler 8×8 
 Theo nguyên lý mạch dịch pha dựa trên ma trận Butler 8×8, tám đầu vào và tám 
đầu ra. Với N = 8 mạch dịch pha có bốn lớp, mỗi lớp ba bộ QPD, trong đó độ lệch 
 64 
pha ở các cổng ra được xác định theo công thức (2.8) và chi tiết theo Bảng 2.8. Bộ 
dịch pha đã được thiết kế và mô phỏng như Hình 2.23. 
 Bảng 2.8: Theo nguyên lý độ lệch pha giữa các đầu ra của Butler 8x8 
 Đầu ra 4L (B2) 3L (B6) 2L (B4) 1L (B8) 1R (B1) 2R (B5) 3R (B3) 4R (B7) 
 A 1 157.5 157.5 135 90 -112.5 112.5 -135 -180 
 A 2 -45 -90 -157.5 112.5 -135 -180 112.5 22.5 
 A 3 112.5 22.5 -90 135 -157.5 112.5 0 -135 
 A 4 -90 135 -22.5 157.5 -180 45 -112.5 67.5 
 A 5 67.5 -112.5 45 -180 157.5 -22.5 135 -90 
 A 6 -135 0 112.5 -157.5 135 -90 22.5 112.5 
 A 7 22.5 112.5 -180 -135 112.5 -157.5 -90 -45 
 A 8 -180 -135 -112.5 -112.5 90 135 157.5 157.5 
 ∆ φ 157.5 112.5 67.5 22.5 -22.5 -67.5 -112.5 -157.5 
Búp chính B2 B6 B4 B8 B1 B5