Mục Lục
1
Mục lục hình vẽ
Danh sách các từ viết tắt
CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã
COFDM Coded OFDM OFDM mã hóa
2
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc
DSSS Direct Sequence Spreading
Spectrum
Trải phổ chuỗi trực tiếp
FCC Federal Communications
Commission
Hội đồng truyền thông liên bang
GPS Global Positioning System Hệ thống định vị toàn cầu
GSM
Global System for Mobile
Communication
Hệ thống thông tin di động toàn cầu
IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện kỹ sư điện và điện tử
LAN Local Area Network Mạng cục bộ
MB-
OFDM
Multi Band-OFDM OFDM đa băng
MB-UWB Multi Band-UWB UWB đa băng
NB Narrow Band Băng hẹp
OFDM Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số

EGC Equal Gain Combiner Bộ tổ hợp cùng độ lợi
AOA Angles of Arival Góc đến
DOA Angles of Departure Góc tới
FDTC Finite Difference Time Domain Phương pháp miền thời gian vi sai
hữu hạn
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi furie rời rạc
FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Furie nhanh
EBG Electromagnetic band gap
FDTD Finited Difference Time Domain
Method
Phương pháp vi sai hữu hạn miền
thời gian.
4
Lời Nói Đầu
Hiện nay, hệ thống anten sử dụng nhiều phần tử bức xạ ở cả phía phát và phía thu
hay còn gọi là kĩ thuật MIMO đã được ứng dụng trong kĩ thuật anten. Nó đem lại nhiều
ưu thế về chất lượng truyền tín hiệu cũng như tốc độ truyền tải dữ liệu. Khi thông tin
được xử lý và chuyển thành sóng điện từ truyền đi trong không gian sẽ có sự suy giảm
tín hiệu gây ra bởi khí quyển và hiện tượng phading làm thay đổi chất lượng cũng như
tốc độ truyền tín hiệu trong mạng thông tin. Do đó, để nâng cao tốc độ truyền dữ liệu
thì cần phải có băng thông lớn nhưng điều này bị hạn chế vì dải tần số là một tài
nguyên khan hiếm. Đồng thời, muốn chất lượng tín hiệu được cải thiện và giảm ảnh
hưởng của phading thì máy phát phải đạt được công suất đủ lớn hoặc tăng kích thước
anten để duy trì hiệu suất bức xạ, tuy nhiên, đối với những thiết bị di động cầm tay như
điện thoại di động, máy tính xách tay có kích thước nhỏ gọn thì không thể áp dụng
phương pháp nay được. Kĩ thuật MIMO ra đời nhằm mục đích khắc phục những nhược
điểm trên trong hệ thống thông tin vô tuyến.
Hệ thống 3G không còn là một điều mới mẻ trong thông tin di động nữa, mà nó
trở thành một đặc điểm thiết yếu trong rất nhiều ứng dụng khác nhau, ví dụ như: điện
thoại không dây, điện thoại di động kết nối qua Internet, các cuộc gọi di động có hình

tới chất lượng tín hiệu là đáng kể.
Mục đích của đồ án này là nghiên cứu và thiết kế mô hình anten vi dải làm việc ở
dải tần siêu rộng từ 1.9Ghz đến 2.2Ghz, che phủ cả 2 dải tần hoạt động của 3G . Đồng
thời kết hợp với kĩ thuật MIMO, tính toán, đánh giá và tìm cách giảm thiểu tác dụng
tương hỗ giữa các anten để từ đó có thể chế tạo thử nghiệm. Trên thực tế, tôi đã tiến
hành thiết kế thành công mô hình cho mức độ tương hỗ giữa các anten thành phần thỏa
mãn yêu cầu đặt ra, trong đó, các thông số truyền đạt, đồ thị bức xạ phương hướng và
đặc biệt là kích thước hệ thống đã được tối ưu Nhờ vào kích thước anten nhỏ, anten
được đề xuất có thể tích hợp vào các thiết bị di động kích thước nhỏ. Kết quả thiết kế
cuối cùng, thông số truyền đạt giữa hai cổng là một kết quả tốt và chấp nhận được.
7
Abstract
Once the Multiple-input Multiple-output technology is applied in the field of 3G
system antenna technique, it will increase the amount of data transmitted significantly
though the bandwidth of the channel is limited. However, in the process of designing
this system, we could suffer the problem of reducing the mutual coupling proportion
between antenna elements which can leads to interference of the signals.
The aim of this project is a method of designing and simulating an antenna model
which operates at the 3G frequency from 1.9 Ghz to 2.2 GHz. In addition, by advance
development of Multi input Multi output, the antenna system with much higher
efficiency will be offered. The calculation, analysis, estimation of the system can be
difficult because of the effect of mutual coupling between antenna elements. After
taking an insight look into antenna field, I did success in producing a model which has
a low mutual coupling, low return loss, omni-directional radiation pattern and the
optimum dimensions of the system. In the proposed antenna, one radiation element is
mounted on 2 sides of a substrate. This antenna can be integrated in lots of handheld
devices because of its compact dimensions.
8
Chương 1
Giới thiệu

nhưng có nhiều sự cải tiến vượt bậc về mặt tốc độ so với các công nghệ khác như2G
hay EDGE, việc thay thế cho các công nghệ cũ này chỉ là vấn đề thời gian
1.2Kết quả mong đợi
Đồ án này hướng tới phát triển, nghiên cứu, thiết kế một hệ thống anten hoàn chỉnh
ứng dụng cho mạng di động 3G
Quá trình thiết kế sẽ gặp nhiều trở ngại trước tiên là việc lựa chọn loại anten phù
hợp nhất đáp ứng được những yêu cầu như giá thành rẻ, dễ chế tạo, tính tích hợp cao
cho các thiết bị di động. Sau đó là giai đoạn áp dụng một số phương pháp kĩ thuật để
điều chỉnh các thông số anten: hệ số tổn hao ngược, bức xạ đẳng hướng và cuối cùng là
ghép các anten để trở thành một hệ thống hoàn chỉnh trong khi vẫn đảm bảo các thông
số anten thay đổi trong điều kiện cho phép.
Sau đây chúng ta sẽ đi sâu tìm hiểu chi tiết hơn về mặt lý thuyết của công nghệ
3Gvà MIMO, từ đó tạo nên hướng thiết kế cho hệ thống anten.
10
Kết thúc QTTMT
IMT-2000
1998 1999 2000 2001 2002
Phát hành 3GPP 99-
12/99
3GPP phát hành ếp
Thử mạng
Nhật Bản
Châu Âu
Châu Á
Mạng
Tiêu chuẩn
Chương 2
Công nghệ 3G
2.1Công nghệ 3G
2.1.1 Lịch sử phát triển công nghệ 3G

+ Tái sử dụng bằng 1.
Ngoài ra công nghệ này có các tính năng tăng cường sau:
+ Phân tập phát;
+ ăng ten thích ứng
+ Hỗ trợ các cấu trúc thu tiên tiến.
W-CDMA nhận được sự ủng hộ lớn nhất trước hết nhờ tính linh hoạt của lớp vật lý
trong việc hỗ trợ các kiểu dịch vụ khác nhau, đặc biệt là các dịch vụ tốc độ bít thấp và
trung bình. Nhược điểm của W-CDMA là hệ thống không cấp phép trong băng tần
TDD với phát thu liên tục, công nghệ W-CDMA không tạo điều kiện cho các kỹ thuật
chống nhiễu ở các phương tiện làm việc như máy điện thoại không dây. Ưu điểm của
12
công nghệ này là hỗ trợ nhiều mức tốc độ khác nhau: 144Kbps khi di chuyển nhanh,
384Kbps khi đi bộ (ngoài trời) và cao nhất là 2Mbps khi không di chuyển (trong nhà).
Với tốc độ cao, WCDMA có khả năng hỗ trợ các dịch vụ băng rộng như truy cập
Internet tốc độ cao, xem phim, nghe nhạc với chất lượng không thua kém kết nối trong
mạng có dây. WCDMA nằm trong dải tần 1920MHz -1980MHz, 2110MHz -
2170MHz.
2.1.3 Các ứng dụng của công nghệ 3G
Các ứng dụng 3G thông dụng gồm hội nghị video di động; chụp và gửi ảnh kỹ
thuật số nhờ điện thoại máy ảnh; gửi và nhận e-mail và file đính kèm dung lượng lớn;
tải tệp tin video và MP3; thay cho modem để kết nối đến máy tính xách tay hay PDA
và nhắn tin dạng chữ với chất lượng cao…
2.2 Khái niệm và mô hình hệ thống MIMO
2.2.1 Định nghĩa và đặc điểm
Hệ thống non-MIMO liên hệ với kênh truyền thông qua nhiều dải tần số còn hệ
thống MIMO thì có nhiều kênh và hoạt động trên cùng một dải tần.
Hình 2. 2 Công nghệ MIMO
13
Hệ thống MIMO là một hệ thống mà máy phát và máy thu đếu sử dụng nhiều
anten. Anten máy phát và anten ở máy thu đều cách nhau ở một khoảng cách nhất định.

của vật chắn và khoảng cách đến nó. Do vậy, cường độ của tín hiệu thu được biến thiên
một cách tất yếu. Loại phađing này gọi là shadow phađing. Cách khắc phục là đặt các
trạm BS cao và gần nhau thì ta có thể tránh được các vật cản trong khi truyền dẫn.
Ngoài ra còn có các loại phading khác như: Rayleigh phađing, multipath phađing,
shortterm phađing. Đây cũng là các loại khác của hiện tượng phađing gây ra sự suy
giảm của cường độ tín hiệu thu được.
Rayleigh phađing là kết quả của việc thu vài tín hiệu của máy thu. Các tín hiệu này
được phản xạ từ nhiều vật và nhiều hướng khác nhau trong một khu vực. Do khoảng
cách khác nhau nên các tín hiệu thu được khác nhau về pha nên chúng có thể làm tăng
thêm hay làm triệt tiêu tín hiệu tổng hợp. Sự di chuyển của các thiết bị đầu cuối cũng
gây ra sự biến thiên không thể dự đoán được của pha, tín hiệu theo thời gian làm cho
sự suy giảm biến thiên mạnh. Rayleigh phađing thường có trong khu vực đô thị. Hiện
tượng phađing sâu thường xảy ra ở các vùng tần số cao và khi các thiết bị di chuyển
nhanh. Để tránh hiện tượng phađing sâu thì giá trị trung bình của các tín hiệu thu được
phải cao hơn vài dB so với độ nhạy máy thu.
Nhiễu xuyên Symbol (ISI): vì dải thông của kênh nói chung bị hạn chế và khi một
xung được truyền qua kênh đó thì nó sẽ gây ra sự méo mó tín hiệu đang truyền trong
miền tần số. Tương tự, đó là sự tán sắc của xung theo thời gian và xung của mỗi
symbol sẽ tràn sang khoảng thời gian của mỗi symol kế tiếp. Loại nhiễu này được biết
đến là nhiễu xuyên symbol (ISI). Điều này làm gia tăng sắc suất lỗi ở máy thu trong
việc dò tìm symbol. Rõ ràng rằng xung ở dải thông hạn chế được chọn để truyền dẫn
nhằm tránh sự méo trong miền tần số do kênh truyền có giải thông hạn chế. Tuy nhiên,
sự cắt xén dải thông của tín hiệu được truyền lại làm giảm xung trong miền thời gian.
Điều nay sẽ gây ra sự chồng chéo của các symbol.
15
Nhiễu đồng kênh (CCI): ngoài nhiễu gây ra bởi kênh truyền, một loại nhiễu khác
cũng làm hạn chế hiệu quả hoạt động của hệ thống và công suất của hệ thống là nhiễu
đồng kênh (CCI). CCI tồn tại trong bất kỳ một hệ thống đang truy nhập nào. Trong
TDMA, SDMA, FDMA tần số được tái sử dụng nghĩa là có nhiều người sử dụng cùng
chia sẻ một băng tần ở cùng một thời điểm và do vậy những người sử dụng cùng kênh

hưởng giữa các cổng (port).
Ảnh hưởng tương hỗ, thông thường là những ảnh hưởng không mong muốn Trong
hệ đa anten sử dụng đơn phần tử sẽ có ảnh hưởng tương hỗ giữa các cổng ( port) là rất
lớn, và ít được sủ dụng dù có ưu điểm là nhỏ gọn hơn. Hệ đa anten sử dụng đa phần tử
phát xạ vẫn tồn tại ảnhhưởng tương hỗ, vì chúng tồn tại trong cùng một hệ thống nên
khoảng cách giữa các phần tử phát xạ nhìn chung không quá xa nhau. Đặc biệt, khi hệ
anten nay được tích hợp trên một thiết bị di động, thứ mà kích thước là hạn chế, thì
khoảng cách giữa các anten là rất nhỏ so với nửa bước sóng, ảnh hưởng tương hỗ trở
lên nghiêm trọng. Xét mô hình ảnh hưởng tương hỗ giữa các anten trên cùng một
miếng đế điện môi như hình vẽ sau: Hình vẽ chỉ ra hai nguyên nhân cơ bản của hiện
tượng tương hỗ: tán xạ trường khu gần và do sóng bề mặt. Tán xạ trường khu gần là sự
bức xạ từ anten nguyên tố này sang cái còn lại qua trường không gian tự do. Do các
17
anten đặt trong khoảng cách ngắn, ảnh hưởng tương hỗ là đáng kể. Nguyên nhân thứ
2, ảnh hưởng tương hỗ gây ra bởi sóng bề mặt. Vì các anten nguyên tố nằm chung trên
cùng miếng đế, sóng bề mặt giữa hai phần tử là rất lớn.
Ảnh hưởng tương hỗ gây ra nhiễu giữa các anten thành phần. Để hiểu rõ cơ chế
gây nhiễu, ta xét quá trình sau. Ta có thể chia làm 4 quá trình nhỏ như sau:
Ảnh hưởng tương hỗ gây ra nhiễu giữa các anten thành phần. Để hiểu rõ cơ chế
gây nhiễu, ta xét quá trình sau. Ta có thể chia làm 4 quá trình nhỏ như sau:
1. Từ một phần tử phát xạ ta phát tín hiệu như mong muốn.
2. Do hiệu ứng dòng điện bề mặt, và do tán xạ trường khu gần, dòng điện của phần tử
phát xạ mong muốn sẽ gây ra dòng điện cảm ứng(ảnh hưởng tương hỗ) đến các phần
tử phát xạ khác( trực tiếp hay gián tiếp).
3. Dòng điện trên các phần tử cảm ứng gây suy hao.
4. Dòng điện cảm ứng trên các phần tử cảm ứng gây ảnh hưởng ngược trở lại phần tử
phát xạ làm phần tử phát xạ bị sai khác. Dẫn trực tiếp sự sai khác của đặc tính
phương hướng.
Ảnh hưởng tương hỗ (Mutual coupling) mang tính chất nội tại trong anten, không
phụ thuộc vào môi trường truyền dẫn (kênh truyền) . Tuy nhiên, ảnh hưởng của nó,

nhiều môi trường đặc biệt như outdoor thì sự trải của AOA theo chiều cao là nhỏ. Do
vậy khoảng cách giữa các phân tử anten theo chiều đứng phải đủ lớn để tạo ra các tín
hiệu không tương quan. Điều này có nghĩa là đối với một khu vực cho trước thì tốt
hơn hết là phân bố chúng theo mặt phẳng ngang. Trong vài trường hợp khi mà sự trải
20
AOA trong mặt phẳng phương vị là nhỏ và hướng tương đối của nó so với dãy là
không biết thì có thể sử dụng dãy trong mặt phẳng ngang .
- Hướng của các anten thành phần :
Hướng của các anten thành phần ảnh hưởng đến mật độ phổ công suất tại vị trí các
anten lân cận. Do tất cả các anten vốn dĩ chẳng bao giờ đẳng hướng lý tưởng cả.
- Tính chất phân cực của anten thành phần:
Tính chất phân cực quyết định đến sự cảm ứng điện từ trên anten. Các anten được
ghép nối đúng tính chất phân cực sẽ có độ tương quan tín hiệu là nhỏ nhất.
2.2.5 Kĩ thuật phân tập anten
2.2.5.1Giới thiệu về kĩ thuật phân tập anten.
Kỹ thuật phân tập là một trong những phương pháp dùng để hạn chế ảnh hưởng
của phađing. Ý tưởng cho việc phân tập là tạo ra cách kênh độc lập với nhau và
phađing ở các kênh không xảy ra đồng thời. Trong hệ thống thông tin di động, kỹ thuật
phân tập được sử dụng để hạn chế ảnh hưởng của phađing đa tia, tăng độ tin cậy của
việc truyền tin mà không phải tăng công suất hay băng thông.
Phân tập có thể áp dụng cho cả bên phát và bên thu. Phân tập ở bên phát là một kỹ
thuật liên quan đến mã không gian-thời gian còn phân tập ở bên thu cho phép thu được
nhiều bản sao của cùng một tín hiệu truyền. Các bản sao này chứa cùng một lượng
thông tin như nhau nhưng có ít sự tương quan về phađing. Tín hiệu thu được bao gồm
một sự kết hợp hợp lý của các phiên bản tín hiệu khác nhau sẽ chịu ảnh hưởng phađing
ít nghiêm trọng hơn so với từng phiên bản riêng lẻ.
Các phương pháp phân tập thường gặp là phân tập tần số, phân tập thời gian, phân
tập không gian (phân tập anten). Trong đó kỹ thuật phân tập anten hiện đang rất được
quan tâm và ứng dụng vào hệ thống MIMO nhờ khả năng khai thác hiệu quả thành
phần không gian trong nâng cao chất lượng và dung lượng hệ thống, giảm ảnh hưởng

22
các hướng khác nhau. Điều này cho phép máy thu thu được hai mẫu của cùng một tín
hiệu . Hai mẫu này độc lập với nhau.
 Phân tập phân cực :
Khi đó hai tín hiệu được phân cực ngang và phân cực đứng được truyền bởi hai
anten được phân cực khác nhau. Và được thu tương ứng ở hai anten thu được phân cực
khác nhau đảm bảo không có sự tương quan giữa hai dòng dữ liệu mà chẳng quan tâm
đến khoảng cách giữa hai anten.
Khi thiết kế anten MIMO thì ta thường sử dụng kết hợp phân tập không gian với
phân tập góc, phân tập phân cực. Vì hệ thống MIMO phát trên cùng một dải tần nên
không sử dụng phân tập tần số.Tsuy nhiên ta cũng không thể sử dụng tất cả các kỹ
thuật phân tập cho anten.
2.2.6 Kết luận
Hệ thống đa anten là một hệ thống ngày càng được sử dụng phổ thông. Nhờ và hệ
thống đa anten, mà người ta có thể tăng dung lượng thu phát tín hiệu. Tuy nhiên, trong
hệ thống MIMO, các anten có thể bị ảnh hưởng tương hỗ rất lớn, do khoảng cách giữa
các anten không lớn hơn kích thước hệ thống. Đặc biệt trong xu hướng sử dụng các
thiết bị di động kích thước bé hiện nay, ảnh hưởng tương hỗ càng trở nên trầm trọng,
gây nhiễu lớn. Trong chương 3, chúng ta đã tìm hiểu hệ thống anten trong hệ thống
MIMO, phân tích quá trình gây nhiễu đồng thời đưa ra phương pháp phân tập anten để
giảm ảnh hưởng tương hỗ. Tiếp theo, chúng ta sẽ tìm hiểu cơ bản lý thuyết phương
pháp FEM và phần mềm HFSS sử dụng phương pháp này.
23
Chương 3
Phân tích và thiết kế anten bằng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM)
3.1 Lý thuyết cơ bản trường điện từ
3.1.1 Phương trình Maxwell và các điều kiện biên
Trong không gian tự do hệ phương trình Maxwell và các phương trình liên quan
[1] được biểu diễn như sau:
(3.1)

trường sinh ra là các đại lượng động.
25