BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

NHIỆM VỤ KHCN CẤP NHÀ NƯỚC THEO NGHỊ ĐỊNH THƯ
VỚI NƯỚC NGOÀI BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ NHIỆM VỤ

“PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN KÍCH THƯỚC NHỎ
SỬ DỤNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC ĐẶC BIỆT CHO HỆ THỐNG
THÔNG TIN VÔ TUYẾN BĂNG THÔNG RỘNG”

(MÃ SỐ
11/355/2008/HĐ-NĐT) Cơ quan chủ trì nhiệm vụ: Khoa Điện tử - Viễn thông, ĐHBK
Hà Nội
Chủ nhiệm đề tài/dự án: TS. Vũ Văn Yêm

Hà Nội - 2010

2

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
HÀ NỘI
Khoa Điện tử - Viễn thông
__________________
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

Hà Nội, ngày tháng năm 2010
BÁO CÁO THỐNG KÊ
KẾT QUẢ THỰC HIỆN NHIỆM VỤ NGHỊ ĐỊNH THƯ

I. THÔNG TIN CHUNG
1. Tên đề tài/dự án: “Phân tích, thiết kế và chế tạo anten kích
thước nhỏ sử dụng vật liệu có cấu trúc đặc biệt cho hệ thống thông
tin vô tuyến băng thông rộng”
Mã số đề tài, dự án: 11/355/2008/HĐ-NĐT
Thuộc: Nhiệm vụ Khoa học Công nghệ theo nghị định thư với
nước ngoài
2. Chủ nhiệm đề tài/dự án:

- Theo Hợp đồng đã ký kết: từ tháng 04/2008 đến tháng 04/2010
- Thực tế thực hiện: từ tháng 04/2008 đến tháng 4/2010
- Được gia hạn (nếu có):
2. Kinh phí và sử dụng kinh phí:
a) Tổng số kinh phí thực hiện: 1050 tr.đ, trong đó:
+ Kính phí hỗ trợ từ SNKH: 1050 tr.đ.
+ Kinh phí từ các nguồn khác: 0 tr.đ.
b) Tình hình cấp và sử dụng kinh phí từ nguồn SNKH:
Theo kế hoạch Thực tế đạt được
Số
TT
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Thời gian
(Tháng, năm)
Kinh phí
(Tr.đ)
Ghi chú
(Số đề nghị
quyết toán)
1
2008
400 12/2008 400 400
2
2009
500 12/2009 650 650
6 Chi khác 100 100 86 86 Tổng cộng
1050 1050 1050 1050

- Lý do thay đổi (nếu có):

3. Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài/dự án:
(Liệt kê các quyết định, văn bản của cơ quan quản lý từ công đoạn xác định nhiệm vụ, xét
chọn, phê duyệt kinh phí, hợp đồng, điều chỉnh (thời gian, nội dung, kinh phí thực hiện nếu
có); văn bản của tổ chức chủ trì đề tài, dự án (đơn, kiến nghị điều chỉnh nếu có)
Số
TT
Số, thời gian ban
hành văn bản
Tên văn bản Ghi chú
1 355/QĐ-BKHCN
Ngày 10/3/2008
Quyết định về việc phê duyệt các
nhiệm vụ hợp tác quốc tế về
khoa học và công nghệ theo nghị
định thư bắt đầu thực hiện từ
năm 2008

2 11/355/2008/HĐ-
NĐT
Ngày 08/5/2008
Hợp đồng thực hiện nhiệm vụ
hợp tác quốc tế về khoa học và

Nội dung
Số
TT
Sản phẩm chủ
yếu đạt được
tham gia chủ
yếu
Ghi
chú*
1 Khoa công
nghệ, trường
đại học Khoa
học tự nhiên,
Đại học Quốc
gia Hà nội
Khoa Điện tử-
Viễn thông,
trường đại học
công nghệ, đại
học quốc gia
Hà nội
Tư vấn chuyên
môn
Hỗ trợ đo đạc
thực nghiệm
- Kết quả đo
phối hợp trở
kháng anten

2 Viện khoa học

Hỗ trợ trong
tính toán mô
phỏng bằng
phương pháp
MoM, FDTD
Trao đổi kinh
nghiệm

5 Khoa Điện tử,
trường đại học
Bách Khoa
Torino
Khoa Điện tử,
trường đại học
Bách Khoa
Torino
Trao đổi kết
quả nghiên cứu
trong lĩnh vực
tối ưu, tính toán
trường điện từ
và thiết kế
anten
Hỗ trợ đo đạc
thực nghiệm
mẫu chế tạo lần
cuối

Mô hình anten
và giải thuật

các kết quả tính
toán bằng phần
mềm thương
mại

7 Khoa Điện và
Điện tử, trường
đại học Chuo,
Nhật bản
Khoa Điện và
Điện tử, trường
đại học Chuo,
Nhật bản
Hỗ trợ các thuật
toán, kỹ năng
lập trình và mô
phỏng anten

- Lý do thay đổi (nếu có):

5. Cá nhân tham gia thực hiện đề tài, dự án:
(Người tham gia thực hiện đề tài thuộc tổ chức chủ trì và cơ quan phối hợp, không quá
10 người kể cả chủ nhiệm)
S
ố
T
T
Tên cá
nhân
đăng ký

-Viết báo cáo tổng
kết đề tài
- Mẫu anten vi dải
băng thông rộng,
siêu rộng sử dụng
vật liệu có cấu
trúc đặc biệt EBG
-Chuyên đề về
UWB và anten
UWB
-Bài báo đăng trên
kỷ yếu hội nghị,
tạp chí chuyên
ngành trong và
ngoài nước
-Báo cáo tổng kết

2 Đào Ngọc
Chiến
Đào Ngọc
Chiến
- Phụ trách tài chính
- Phát triển công cụ
-Công cụ tính toán
trường điện từ

7

tính toán mô phỏng
và thiết kế anten


4 Vũ Thị
Minh Tú
Vũ Thị
Minh Tú
Thu thập, tổng hợp
các tài liệu, kỹ thuật
liên quan đến hệ
thống UWB, anten
vi dải…
-Chuyên đề về
anten vi dải băng
siêu rộng UWB

5 Vương
Hoàng
Nam
Vương
Hoàng
Nam
-Phát triển phần
mềm tính toán
trường điện từ với
sự trợ giúp của máy
tính cho các loại
anten vi dải
-Một số mô đun
trong công cụ tính
toán trường điện
từ dùng máy tính

điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Thực tế đạt được
(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa
điểm, tên tổ chức hợp tác, số
đoàn, số lượng người tham gia )
Ghi
chú*

1 Khoa Điện tử, trường đại học Khoa Điện tử, trường đại học
8

Bách Khoa Torino,
Dipartimento di Elettronica,
Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi
24, 10129 Torino, Italia.
- Trao đổi kết quả nghiên
cứu, tư vấn chuyên môn và
hỗ trợ, thực hiện đo đạc thực
nghiệm
- Số đoàn ra: 02 (01 đoàn
năm 2008 và 01 đoàn năm
2009)
- Số người tham gia: 06
Bách Khoa Torino,
Dipartimento di Elettronica,
Politecnico di Torino
Corso Duca degli Abruzzi
24, 10129 Torino, Italia.

tháng 12/2009, chi phí 12
triệu đồng
- Hội thảo quốc tế ICCE 2008
02 ngày
- Seminar có sự tham gia của
đối tác nước ngoài: 01 ngày tại
ĐHBK HN vào tháng 1 năm
2010
- Seminar quốc tế có sự tham
gia của nhóm chủ trì đề tài phía
đối tác Ý, tháng 11 năm 2009
Chi phí 12 triệu đồng

- Lý do thay đổi (nếu có):

8. Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu:
(Nêu tại mục 15 của thuyết minh, không bao gồm: Hội thảo khoa học, điều tra khảo
sát trong nước và nước ngoài)
Số
TT
Các nội dung, công việc
chủ yếu
Thời gian
(Bắt đầu, kết thúc
Người,
cơ quan
9

- tháng … năm)
(Các mốc đánh giá chủ yếu)

điện từ với sự trợ giúp của
máy tính cho các loại anten
vi dải kích thước nhỏ sử dụng
vật liệu nhân tạo cấu trúc đặc
biệt
06/2008-
09/2009
06/2008-
2/2010
TS. Đào Ngọc
Chiến và các
cộng sự tại khoa
ĐTVT, ĐHBK
HN và một số
đối tác nước
ngoài
3 Ứng dụng phần mềm tính
toán đã được xây dựng để
phân tích và thiết kế tối ưu
một số mô hình anten theo
các ý tưởng đã được đề xuất
ban đầu. Tiến hành so sánh
các kết quả thu được bằng
việc sử dụng các phần mềm
thương mại
9/2009-
11/2009
9/2009-
4/2010
TS. Vũ Văn

6 Báo cáo tổng hợp 03/2010 05/2010 TS. Vũ Văn Yêm
và TS. Đào Ngọc
Chiến,ĐHBKHN
10

- Lý do thay đổi (nếu có):

III. SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI, DỰ ÁN
1. Sản phẩm KH&CN đã tạo ra:
a) Sản phẩm Dạng I:
Số
TT
Tên sản phẩm và chỉ
tiêu chất lượng chủ yếu
Đơn
vị đo
Số
lượng
Theo kế hoạch
Thực tế
đạt được
1 Anten vi dải kích thước
nhỏ, băng thông siêu
rộng, sử dụng vật liệu có
cấu trúc đặc biệt
- Băng tần: 3.1 GHz-
10.6 GHz
- Tăng ích G: G ≥ 3 dBi
- Kích thước S (cm
2


b) Sản phẩm Dạng II:
Yêu cầu khoa học
cần đạt

Số
TT
Tên sản phẩm

Theo kế hoạch Thực tế
đạt được
Ghi
chú
1 Thuật toán mới cho phân
tích và thiết kế anten vi dải
cho các hệ thống thông tin
vô tuyến băng thông rộng
dựa trên phương pháp tính
toán số học có kết hợp sử
dụng thuật toán tự động tối
ưu di truyền GA
-Dễ hiểu, dễ áp
dụng
-Phạm vi ứng dụng
rộng
-Dễ hiểu, dễ áp
dụng
-Phạm vi ứng
dụng rộng


Theo
kế hoạch
Thực tế
đạt được
Số lượng, nơi công bố
(Tạp chí, nhà xuất bản)
1 Phần mềm
tính toán
trường
điện tử
dùng cho
phân tích
và thiết kế
tối ưu
anten vi
dải với sự
trợ giúp
của máy
tính
-Năng lực tính
toán lớn, tốc độ
nhanh, yêu cầu
tài nguyên
phần cứng máy
tính thấp, thích
hợp chạy trên
các loại máy
tính cá nhân
thông thường
-Độ chính xác

on Advanced
Technologies for
Communications
-IEEE international
Conference on
Antennas,Propagation,
and Systems
-International Conference
on Electromagnetics in
Advanced Applications
-International Conference
on Communications and
12

Electronics
- The 5
th
International
Workshop on Advanced
Materials Science and
Nanotechnology
(IWAMSN2010)
- Lý do thay đổi (nếu có):

d) Kết quả đào tạo:
Số lượng
Số
TT
Cấp đào tạo, Chuyên
ngành đào tạo


- Lý do thay đổi (nếu có):
e) Thống kê danh mục sản phẩm KHCN đã được ứng dụng vào thực tế
Số
TT
Tên kết quả
đã được ứng dụng
Thời gian
Địa điểm
(Ghi rõ tên, địa
chỉ nơi ứng dụng)
Kết quả
sơ bộ
1
2

2. Đánh giá về hiệu quả do đề tài, dự án mang lại:
a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ:
(Nêu rõ danh mục công nghệ và mức độ nắm vững, làm chủ, so sánh với trình độ
công nghệ so với khu vực và thế giới…)

- Nắm vững và làm chủ công nghệ tính toán, thiết kế, mô phỏng và chế
tạo anten vi dải kích thước nhỏ băng thông siêu rộng có tích hợp vật liệu
điện từ chắn dải EBG. Các mẫu anten vi dải được ứng dụng trong các hệ
13

thống thông tin vô tuyến băng siêu rộng để truyền các tín hiệu có băng
thông rộng như hình ảnh, dữ liệu tốc độ cao Ngoài ra các mẫu này còn
được dùng trong việc đào tạo đại học, sau đại học. Các mẫu anten thiết
kế, chế tạo được cũng đang được các cơ sở nghiên cứu của nước ngoài

dụng cho truyền thông vô tuyến băng siêu rộng với tốc độ dữ liệu rất cao
trong các tòa nhà, ứng dụng trong hệ thống radar băng siêu rộng dùng
trong quân sự
14

3. Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài, dự án:
Số
TT
Nội dung
Thời gian
thực hiện
Ghi chú
(Tóm tắt kết quả, kết luận
chính, người chủ trì…)
I Báo cáo định kỳ
Lần 1 07/5/2009
Lần 2 5/7/2009 Báo cáo kết quả và đánh
giá hiệu quả các nhiệm
vụ nghị định thư giai
đoạn 2004-2008. Lần 3 14/11/2009
II Kiểm tra định kỳ
Lần 1 20/11/2009 tại
Đại Học Bách
Khoa Hà Nội
15 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
   BÁO CÁO TỔNG KẾT
NHIỆM VỤ KHCN CẤP NHÀ NƢỚC THEO NGHỊ ĐỊNH THƢ VỚI
NƢỚC NGOÀI

Tên đề tài:
PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ANTEN KÍCH THƯỚC NHỎ SỬ
DỤNG VẬT LIỆU CÓ CẤU TRÚC ĐẶC BIỆT CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN
VÔ TUYẾN BĂNG THÔNG RỘNG

Mã số: 11/355/2008/HĐ-NĐT

Chủ nhiệm đề tài: TS. VŨ VĂN YÊM
Thời gian thực hiện: 4/2008 - 4/2010
1.4.2.1 Hướng tiếp cận trải phổ 30
1.4.2.2 UWB đa băng 32
1.4.2.3 UWB đa băng dùng OFDM 32

3

1.4.3 Dạng sóng xung dùng trong UWB 32
1.4.4 Các phƣơng pháp điều chế dữ liệu 33
1.4.5 Các phƣơng pháp đa truy nhập 35
1.4.5.1 Kỹ thuật nhảy thời gian 35
1.4.5.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số 35
1.4.5.3 Đa truy nhập xung trực giao 35
1.4.6 Kỹ thuật thu UWB 36
1.4.6.1 Tách năng lượng 36
1.4.6.2 Bộ thu tương quan 36
1.4.6.3 Bộ thu Rake 36
1.5 Các ứng dụng của UWB 37

Chƣơng 2. Anten trong hệ thống thông tin vô tuyến băng siêu rộng UWB 38
2.1 Các tham số cơ bản của anten 38
2.2 Yêu cầu kỹ thuật của anten UWB 39
2.3 Nền tảng lý thuyết thiết kế anten UWB 43
2.3.1 Phân loại anten UWB 43
2.3.2 Cơ sở lý thuyết thiết kế anten UWB 43
2.3.2.1 Giới thiệu về anten vi dải. 44
2.3.2.2 Anten độc lập tần số 49
Chƣơng 3. Phƣơng pháp vi sai hữu hạn miền thời gian FDTD và giải thuật di
truyền GA trong thiết kế, tính toán, tối ƣu anten UWB 55
3.1 Giới thiệu về phƣơng pháp vi sai hữu hạn miền thời gian FDTD 55
3.2 Phƣơng pháp vi sai hữu hạn miền thời gian FDTD 56

4.3.3 Đặc tính của cấu trúc EBG hình nấm 91
4.3.4 Phân tích cấu trúc EBG hình nấm bằng máy tính 96
4.4 Ứng dụng của EBG trong thiết kế anten 103
4.4.1 Ứng dụng đặc tính pha phản xạ 104
4.4.2 Ứng dụng tính chất triệt sóng mặt 106
4.4.3 Ứng dụng EBG trong thiết kế anten vi dải 108
Chƣơng 5. Thiết kế, mô phỏng, chế tạo một số anten UWB sử dụng EBG . 109
5.1 Thiết kế anten UWB 109

5

5.2 Thiết kế cấu trúc EBG 113
5.3 Chế tạo thử nghiệm một số anten có tích hợp EBG 119
5.3.1. Anten có tích hợp EBG không có vias 119
5.3.2 Anten có tích hợp EBG có vias 123
5.3.3 Anten xoắn ốc hai cánh có tích hợp LEBG 126
Chƣơng 6- Tóm tắt các kết quả đạt đƣợc, kết luận và kiến nghị 138
6.1. Các kết quả nghiên cứu đạt đƣợc 138
6.2. Kết luận và kiến nghị 154
TÀI LIỆU THAM KHẢO 156


Tần số sóng vô tuyến
EBG
Electromagnetic Bandgap
Khe dải điện từ
LEBG
Loaded Electromagnetic
Bandgap
Khe dải điện từ điện trở OFDMA

Orthogonal Frequency Division
Multip Access Đa truy nhập phân chia tần số
trực giao
QoS
Quality of System
Chất lƣợng dịch vụ
PBG
Photonic Bandgap
Khe dải ánh sáng
PDN
Power Distribution Network
Mạng phân phối nguồn
SSN
Simultaneous Switching Noise
Nhiễu chuyển mạch đồng thời

EMI
Electromagnetic Interference
Giao thoa trƣờng điện từ
FB
Fractional Bandwidth
Băng thông thành phần
FDM
Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh

7 FDTD
Finite Difference Time Domain
Vi phân hữu hạn miền thời
gian
FSS
Frequency Selective Surface
Bề mặt chọn lọc tần số
ISI
Intersymbol Interference
Giao thoa giữa các ký hiệu
MAI
Multi Acess Interference
Giao thoa/ nhiễu đa truy nhập
MIMO
Multiple Input Multiple Output
Nhiều đầu vào nhiều đầu ra

Plane Wave Expansion
Sự lan truyền sóng phẳng
TH – IR
Time – Hopping Impulse Radio
Radio xung nhảy thời gian
TH – PPM
Time Hopping Pulse Position
Modulation
Điều chế vị trí xung nhảy thời
gian
TMM
Transmission Matrix Method
Phƣơng pháp ma trận truyển
dẫn
ABC
Absorting Boundary Condition
Điều kiện đƣờng biên hấp thụ
PML
The Perfectly Matched Layer
Lớp phối hợp hoàn hảo
EM
Electromagnetic
Trƣờng điện từ
RL
Returrn loss
Hệ số tổn hao ngƣợc
FFT
Fast Fourier Transform
Biến đổi Fourier nhanh
DFT

Hình 2.13. Minh họa anten Archimedean 2 cánh tự bù
Hình 3.1. Cách chia cell trong FDTD
Hình 3.2. Tính toán trƣờng trong FDTD
Hình 3.3. Sơ đồ khối thực hiện mô phỏng trong HFSS / CST
Hình 3.4. Lƣu đồ thuật toán của thuật giải di truyền GA trong tối ƣu các tham
số anten
Hình 3.5. Lƣu đồ quá trình tính toán mô phỏng anten bằng phƣơng pháp
FDTD
Hình 3.6. Mô hình anten đƣợc xây dựng dựa trên các khối vật liệu xếp liền kề
Hình 3.7. Meshing không đồng dạng các khối vật liệu
Hình 3.8. Giao diện công cụ mô phỏng anten dựa trên phƣơng pháp FDTD
Hình 3.9. Đồ thị tổn hao ngƣợc của anten mô phỏng.
Hình 3.10. Đồ thị bức xạ tại các tần số trong băng tần thiết kế
Hình 3.11. Đồ thị tăng ích của anten theo tần số

9

Hình 4.1 Minh họa cấu trúc EBG 3D, 2D (từ trái qua)
Hình 4.2 Cấu trúc EBG và cấu trúc đơn vị
Hình 4.3 Một cấu trúc tuần hoàn 2 chiều và miền Brillouni
Hình 4.4 Cấu trúc EBG hình nấm
Hình 4.5 EBG và mô hình tƣơng đƣơng LC
Hình 4.6 Mô hình đƣờng truyền cho trƣờng hợp sóng mặt
Hình 4.7 Mô hình đƣờng truyền áp dụng cho sóng phẳng
Hình 4.8 Phiến kim loại để tính trở kháng sóng mặt
Hình 4.9 Sự lan truyền sóng mặt trên phần giao giữa hai vật liệu không đồng
nhất
Hình 4.10 Đồ thị tán sắc rút ra từ mô hình LC
Hình 4.11 Minh họa đồ thị pha phản xạ của EBG
Hình 4.12 Một unit cell

Hình 5.10 Đồ thị S21 của cấu trúc EBG không có vias
Hình 5.11 Đồ thị S21 của cấu trúc EBG có vias
Hình 5.12 Đồ thị S11 của anten với EBG có vias
Hình 5.13 Đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ anten EBG có vias mặt phẳng XZ
Hình 5.14 Đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ anten EBG có vias mặt phẳng YZ
Hình 5.15 Ảnh chụp mẫu thiết kế
Hình 5.16 Kết quả đo S11 trên VNA Anritsu 37247
Hình 5.17 Buồng đo đồ thị phƣơng hƣớng bức xạ
Hình 5.18 Mẫu anten thiết kế và anten phát
Hình 5.19 Kết quả đo đồ thị hƣớng (mặt phẳng XZ)
Hình 5.20 Ảnh chụp mẫu thiết kế EBG có vias
Hình 5.21 Quá trình đo phối hợp trở kháng ở đầu vào của anten chế tạo dùng
máy phân tích mạng siêu cao tần VNA
Hình 5.22 Kết quả đo S11 trên VNA Anritsu 37369D
Hình 5.23 Mô hình thiết kế Ăngten xoắn ốc
Hình 5.24 Mô hình vật liệu LEBG
Hình 5.25 Mạch tƣơng đƣơng của cấu trúc LEBG
Hình 5.26 Mạch tƣơng đƣơng khe điện trở
Hình 5.27 Mô hình ăngten có tích hợp LEBG
Hình 5.28 Đồ thị hệ số phản xạ S
11
của ăng ten
Hình 5.29 So sánh đồ thị phối hợp trở kháng của ăng ten với tấm đế PEC và
LEBG
Hình 5.30 Đồ thị phƣơng hƣớng 3D ở tần số 3.5GHz
Hình 5.31 Đồ thị phƣơng hƣớng ở tần số f=6.5GHz
Hình 5.32 Đồ thị phƣơng hƣớng ở tần số f=10GHz
Hình 5.33 Đồ thị phân bố dòng điện của ăngten
Hình 5.34 RHCP của ăngten LEBG
Hình 5.35 RHCP của ăngten PEC