Đề xuất anten UWB - MIMO có cấu trúc tiểu hình

Đề xuất anten UWB - MIMO có cấu trúc 
tiểu hình 
Lê Trọng Trung1,2, Nguyễn Quốc Định1, Hoàng Đình Thuyên1, Nguyễn Huy Hoàng1 
1 ho uy n n , Đ học ỹ thuậ ê u Đ n, Hà , 
2Đ i Học Thông Tin Liên L c, Nha Trang, Khánh Hòa, Vi t Nam 
Email: trungmach6@gmail.com, dinhnq@mta.edu.vn, thuyenhd@mta.edu.vn, hoangnh@mta.edu.vn 
Tóm tắt -Trong bài báo này, tác giả đề xuất cấu trúc 
anten MIMO băng thông siêu rộng với hai anten hoạt 
động trong dải tần số từ 3,1 đến 10,6 GHz. Anten MIMO 
là sự kết hợp giữa một chấn tử từ và một chấn tử điện để 
giảm nhỏ kích thước của anten MIMO cũng như ảnh 
hưởng tương hỗ giữa các anten trong anten MIMO. Anten 
MIMO đề xuất có hệ số sóng đứng nhỏ hơn 2 trong cả dải 
tần hoạt động, đồng thời có cấu trúc đơn giản, nhỏ, gọn, 
đồng phẳng. 
Từ khóa- anten mạch dải; anten dải siêu rộng; anten 
MIMO dải siêu rộng. 
I. GIỚI THIỆU 
H thống MIMO (Multi-Input Multi-Output) là h 
thống s dụng n en i cả máy phát và máy thu. H 
thống có thể phân tập phát, phân tập thu nhờ vào 
anten nhằ ăng chấ lượng h thống hoặc thực hi n 
Beamforming t nơ phá và nơ hu ể ăng h u suất s 
dụng công suất, tri t can nhiễu. goà r , dung lượng h 
thống có thể ược cải thi n áng kể nhờ vào lợi ghép 
kênh cung cấp bởi kỹ thuật mã hóa không gian - thời 
gian. Trong h thống MIMO hường lựa chọn số anten 
thu và số anten phát bằng nh u như 2 × 2, 4 × 4. 
Vi c ăng ốc truyền dẫn dữ li u luôn là yêu cầu 
 ặt ra với các h thống h ng n. Trong ó, h thống 
 h ng n băng s êu r ng UWB (Ultra-W de B nd) cũng 
không nằm ngoài mục ích ó. ì vậy kỹ thuật MIMO 
 ược áp dụng vào trong UWB nhằ nâng c o hơn ốc 
 truyền dữ li u. Trong anten MIMO dải siêu r ng có 
nhiều phần t bức x , ảnh hưởng ương hỗ giữa chúng là 
 áng kể, hi n tượng này cần phả ược giảm thiểu ể 
nâng c o ổn ịnh và hi u suất bức x của cả h thống. 
Vì vậy, nhi m vụ ặt ra là phải thi t k anten UWB 
không chỉ là n en ơn lẻ mà còn phải thi t k các anten 
MIMO băng h ng s êu r ng vớ ương hỗ nhỏ. 
Để thi t k anten MIMO dải siêu r ng, rước tiên cần 
phải thi t k anten dải siêu r ng. Đã có nh ều thi t k 
anten dải siêu r ng với cấu trúc và vật li u khác nhau 
như: khoé ặt phẳng bức x thành d ng n a hình tròn 
[1], cắ các góc khác nh u ối với tấm bức x [2], khoét 
mặt phẳng ất [3], t o ra từ các anten chấn t [4], [5], 
anten phẳng trên m ch in [6], anten phẳng có xẻ khe [7], 
anten khe [8], nhóm nghiên cứu cũng ã h t k anten 
dải siêu r ng có mặt bức x là hình chữ nhậ ược cắt 
khoé ể hu ược cấu trúc tiểu hình [9]; Trên cơ sở thi t 
k anten dải tần siêu r ng ể thi t k anten MIMO dải 
siêu r ng. 
Về thi t k anten MIMO dải siêu r ng dùng hai anten 
 ã có nh ều thi t k ược ề xuất với cấu trúc và vật li u 
khác nhau. Trong thi t k của nhóm A.I.Najam [10], có 
 ề xuất anten MIMO với hai anten tròn, bán kính R = 12 
 , kích hước anten MIMO là 80 × 34 × 0,8 mm3 trên 
chấ n môi FR4. Thi t k của nhóm X.S.Li [11] có 
kích hước là 62 × 40 × 1 mm3 với cấu rúc ương ối 
 ơn g ản; hay thi t k anten MIMO của tác giả dùng hai 
chất t n vớ kích hước khá nhỏ 70 × 32 × 1,6 
mm3[12]. Tuy nhiên các anten này vẫn còn khá lớn, cần 
phải giảm thiểu kích hước ể phù hợp với các thi t bị 
UWB, do vậy mục tiêu của nhóm nghiên cứu là thi t k 
anten MIMO dải siêu r ng có cấu trúc tiểu hình. 
Trong bài báo này, nhóm nghiên cứu ề xuất m t 
anten MIMO dải siêu r ng có d ng phẳng, cấu trúc nhỏ, 
gọn, mỏng phù hợp với cấu trúc chung của thi t bị 
UWB. Anten và mặt phẳng ất s dụng vật li u bằng 
 ồng, chấ n môi là FR4 với hằng số n ε = 4,4 
và h số tổn h o nδ = 0,02. Để giảm nhỏ kích hước và 
 ương hỗ trong anten MIMO, nhóm nghiên cứu ã k t 
hợp m t anten chấn t từ với m t anten chấn t n. Vì 
có sự ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten trong anten 
MIMO nên cần phải tính toán các tham số kích hước 
của các anten thành phần, lựa chọn khoảng cách giữa các 
 n en và kích hước tấ n môi phù hợp ể ảm bảo 
anten MIMO dải siêu r ng có h số sóng ứng nhỏ hơn 
2, bức x ẳng hướng, h số ăng ích lớn nhưng ồng 
thời phải ảm bảo ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten 
trong anten MIMO nhỏ. Mặt khác, nhằm giảm sự ảnh 
hưởng ương hỗ giữa các anten, nhóm nghiên cứu ã ư 
thêm thanh Stub vào giữa hai anten trong anten MIMO. 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 402
II. THIẾT KẾ ANTEN MIMO DẢI SIÊU RỘNG 
A. Cấu trúc của anten đề xuất 
 S dụng phương pháp b n ổi từ từ ể h y ổi các 
tham số kích hước của anten, nhóm nghiên cứu ã lựa 
chọn ược anten MIMO dải siêu r ng có cấu rúc ược 
biểu diễn như rên Hình 1. Trong Hình 1 , n en 1 là 
anten ho ng như t chấn t n (anten chấn t ), 
anten 2 là anten ho ng như t chấn t từ (anten 
khe). Phía mặt phẳng ất củ h n en ặt thêm thanh 
Stub giữa hai anten nhằm giả ảnh hưởng ương hỗ 
giữa chúng. Các tham số kích hước của anten MIMO 
 ược ư r rong Bảng 1. 
 (a) (b) 
(c) 
Hình 1. Cấu trúc của anten MIMO. 
(a) Mặt trên; (b) Mặt bên; (c) Mặ dưới 
BẢNG 1: THAM SỐ ÍCH THƯỚC CỦA ANTEN MIMO (MM). 
Tham số Giá trị Tham 
số 
Giá trị Tham 
số 
Giá trị 
L 30 l11 4 w9 4,5 
W 65 l12 6 w10 3,5 
s 5 l13 13 w11 2 
t 0,035 l14 7 w12 4 
h 1,6 l15 24 w13 5 
l1 14,5 l16 5,5 w14 3 
l2 2 l17 10 w15 14,75 
l3 1 w1 3 w16 14,25 
l4 11 w2 7,5 w17 20 
L5 17,4 w3 15 w18 32 
l6 4 w4 2 w19 0,5 
l7 8 w5 2 W20 3 
l8 9 w6 2 d 37,5 
l9 9 w7 15 
l10 1 w8 10,6 
B. Kết quả mô phỏng 
 Trong quá trình mô phỏng, khảo sá kh ồng thời hai 
anten trong anten MIMO ho ng. K t quả h số sóng 
 ứng của anten MIMO khi không có Stub biểu diễn như 
trên Hình 2. N u n en ược gắn thêm Stub thì h số 
sóng ứng ược biểu diễn như rên Hình 3. h kh ng 
có S ub hì kh ng ảm bảo VSWR < 2 trong toàn b dải 
tần c ng ác. Trường hợp có Stub thì h số sóng ứng 
nhỏ hơn so vớ rường hợp kh ng có S ub và ảm bảo 
VSWR < 2 trong cả dải tần từ 3,1 GHz n 10,6 GHz 
 ối với cả hai anten. 
Hình 2. quả phỏng h số sóng ứng củ n en MIMO 
khi không có Stub. 
Hình 3. quả phỏng h số sóng ứng củ n en MIMO. 
khi có Stub. 
Hình 4.Tham số S12 và S21 của anten MIMO. 
w2 w3
w1
w4
w6 w5
l1
l2
l3
l4
s
t
h
l5
w20
Antenna 1 Antenna 2
d
3 4 5 6 7 8 9 10 11
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
V
S
W
R
Frequency [GHz]
Antenna 1
Antenna 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11
1.0
1.2
1.4
1.6
1.8
2.0
2.2
2.4
V
S
W
R
Frequency [GHz]
Antenna 1
Antenna 2
3 4 5 6 7 8 9 10 11
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
-10
S
1
2
 a
n
d
 S
2
1
Frequency [GHz]
S12 and S21 without Stub
S12 and S21 with Stub
W
L
w11
w7
w8
w9
w10
w12
w13
w14
w15
w16
w17
w18
w19
l6
l7
l8
l9
l10 l11
l12
l13
l14
l15
l16
l17
Stub
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 403
 Để giảm ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten, nhóm 
nghiên cứu ề xuất ặt thêm m t thanh Stub bằng ồng 
trên mặt phẳng ất củ n en MIMO ngăn cách ảnh 
hưởng giữa hai anten. Hình 4 là k t quả mô phỏng S12 và 
S21 của n en MIMO rong h rường hợp có Stub và 
không có Stub, yêu cầu ặt ra là S12 và S21 phải nhỏ hơn 
-15dB [13]. Khi anten MIMO có Stub thì S12 và S21 nhỏ 
hơn -15 dB trong cả dải tần, rường hợp anten không có 
Stub thì ở ầu băng ần có S12 và S21 > -15 dB. 
 Để xét sự ảnh hưởng ương hỗ giữa hai anten trong 
anten MIMO ta khảo sát sự ảnh hưởng phân bố dòng của 
 n en rong rường hợp anten 2 phát, anten 1 không phát. 
Ta có k t quả phân bố dòng như Hình 5, kh kh ng có 
S ub hì dòng n trên n en 2 ã cảm ứng sang anten 1. 
Tuy nhiên với cấu trúc có Stub ở giữa 2 anten thì dòng 
 n cảm ứng giữa hai anten sẽ giả rất nhiều, thay 
vào ó, dòng n cảm ứng sẽ ược phân bố tập trung 
trên Stub. 
(a) 
(b) 
Hình 5. Phân bố dòng n t i tần số 8.0 GHz: 
(a) không Stub; (b) có Stub 
 hư vây, kh có s dụng S ub hì ảnh hưởng 
 ương hỗ giữa hai anten trong anten MIMO giả . Do 
vậy trong anten MIMO ta s dụng thêm Stub và ti n 
hành khảo sát các tham số của anten. Trước h ối với 
 ồ thị bức x , vì dải tần r ng nên ti n hành khảo sá ồ 
thị bức x của anten t i các tần số khác nh u. Đồ thị bức 
x của anten MIMO khi cả hai anten ho ng ược 
biểu diễn như Hình 6 (a), (b), (c), (d), (e) ứng với t i các 
tần số 3,1 GHz; 5,0 GHz; 7,0 GHz; 9,0 GHz và 10,6 
GHz. Trong ó, né l ền là mặt phẳng xoz, né ứt là mặt 
phẳng yoz. Từ k t quả trên Hình 6, ồ thị bức x của 
anten MIMO bức x ẳng hướng, tuy nhiên có sự thay 
 ổi theo tần số nhưng vẫn ảm bảo yêu cầu ặ r ối 
với anten MIMO dải siêu r ng 
(a) 
(b) 
(c) 
-24
-18
-12
-6
0
6
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
-18
-12
-6
0
6
xz plane
yz plane
-24
-18
-12
-6
0
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
-
-18
-12
-6
0
xz plane
yz plane
-24
-18
-12
-6
0
6
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
-18
-12
-6
0
6
xz plane
yz plane
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 404
(d) 
(e) 
Hình 6. Đặc rưng hướng của anten MIMO: (a) t i tần số 3,1 GHz, (b) t i 
tần số 5,0 GHz, (c) t i tần số 7,0 GHz, (d) t i tần số 9,0 GHz, (e) t i tần số 
10,6 GHz. 
Hình 7. H số ăng ích cực i trong dải tần khảo sát của anten MIMO. 
Hình 7 biểu diễn h số ăng ích cực i của anten 
trong cả dải tần khảo sát. H số ăng ích kh ng ồng 
 ều nhưng vẫn ảm bảo lớn hơn 2,0 dB rong cả dải tần 
từ 3,1 GHz n 10,6 GHz, t giá trị cực i là 5,1 dBi 
t i tần số 10,5 GHz. 
 hư vậy kh h n en ặt cách nhau m t khoảng d = 
37,5 mm = 0,375λmax (với λmax = c/fmin) tính từ tâm của 
h n en nhưng do s dụng S ub ã là g ảm sự ảnh 
hưởng bức x ương hỗ giữa hai anten, giúp cho các 
anten ho ng tốt với ảnh hưởng ương hỗ nhỏ. 
III. KẾT LUÂ N 
Bà báo ã ề xuất mẫu anten MIMO tiểu hình dải siêu 
r ng có ương hỗ nhỏ và ã ược m t số k t quả như 
sau: 
i) Anten UWB-MIMO ề xuất có cấu trúc nhỏ, gọn, 
 ơn g ản, ồng phẳng; s dụng các vật li u phổ bi n nên 
thuận ti n cho ch t o theo công ngh m ch in; 
ii) Dải tần có h số sóng ứng SWR ≤ 2 ừ 3,0 GHz 
 n 10,7 GHz ương ứng 110% so với tần số trung tâm; 
iii) Mặc dù với dải tần siêu r ng nhưng ồ thị bức x 
trong trong toàn b dải tần ảm bảo tính bức x gần 
 ẳng hướng; 
iv) H số ăng ích cực à n en ược trong cả 
dải tần UWB trong khoảng từ 2,0 dB n 5,1 dBi. 
v) Đ ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten trong 
anten MIMO nhỏ, ảm bảo ể anten MIMO ho ng 
ổn ịnh. 
Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ ti p tục 
nghiên cứu, ch th , o k ểm anten MIMO ề xuất, ồng 
thời sẽ ti p tục nghiên cứu và ề xuất các cấu trúc anten 
MIMO dải siêu r ng khác có cấu trúc tiểu hình hơn, 
 ương hỗ nhỏ và áp ứng các yêu cầu kỹ thuật tố hơn ể 
s dụng cho các thi t bị cầ y băng s êu r ng trong 
 ương l . 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] M re E. B lkowsk nd A M.Abbosh, “Des gn of UWB 
Planar Antenna With Improved Cut-Off at the Out-of-Band 
Frequenc es,” IEEE An enn s nd W reless Prop g on 
Lettrers, vol.7, no.4, pp. 408-401, April 2008. 
[2] Raha Eshtiaghi, Java Nourinia and Changiz Ghobadi, 
“Elec ro n c lly Coupled B nd o ched Ellep c l onopole 
 n enn s for UWB ppl c on,” IEEE Tr ns. on An enn s nd 
Propagation, vol.58, no.4, pp. 1397-1402, April 2010. 
[3] Zhi An Zheng, Q ng X n Chu nd Zh Hong Tu, “Co p c 
Band-Rejec ed Ul r w deb nd slo n enn s nser ng w h λ/2 
 nd λ/4 reson on,” IEEE Tr ns. on An enn s nd prop g on, 
vol.52, no.2 pp. 390- 397, Feb. 2011. 
[4] .D.Th nh, . .D nh nd Y. r s w , “A ew Sche e o 
Enhance Bandwidth of Printed Dipole for Wideband 
Appl c ons,” IEICE Tr ns. on Co un c ons, vol. E97-B, 
no. 4, pp.773-782, April 2014. 
[5] X. . ow, Z. . Chen, nd S.P.See Terence, “A UWB D pole 
An enn W h Enh nced I ped nce nd G n Perfor nce,” 
-24
-18
-12
-6
0
6
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
-18
-12
-6
0
6
xz plane
yz plane
-24
-18
-12
-6
0
6
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
-18
-12
-6
0
6
xz plane
yz plane
3 4 5 6 7 8 9 10 11
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
A
n
te
n
n
a 
p
ea
k
 g
ai
n
 [
d
B
i]
Frequency [GHz]
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 405
IEEE Trans. on Antenna and Propagation, vol.57, no.10, pp. 
2959-2966, Oct. 2009. 
[6] Z. . Chen, S.P.See Terence, nd X. ng “S ll Pr n ed 
Ul r w deb nd An enn W h Reduced Ground Pl ne Effec ,” 
IEEE Trans. on Antenna and Propagation, vol.55, no.2, pp. 383-
388, Feb. 2007. 
[7] .X. , S.S. Zhong, nd M.H. Chen, “Co p c B nd-notched 
Ultra-W deb nd An enn Us ng Defec ed Ground S ruc ure,” 
Microwave and Optical Tech. Letters, vol. 52, no. 5, pp. 286-
289, Feb. 2010. 
[8] M. Gopikrishna, D.D. Krishna, C.K. Aanandan, P. Mohanan, 
and . sudev n, “Co p c ne r T pered slo n enn for 
UWB ppl c ons,” Elec ron cs le ers, 25 h, vol.44, no.20, pp. 
1-2, Sept. 2008. 
[9] .T.Trung, . .D nh nd H.D.Thuyen, “A Des gn of Ul r -
W de B nd An enn ,” ATC’13, pp. 700 - 703, Oct. 2013. 
[10] Ali Imran j , Yv n Duroc nd S l Tedj n , “Des gn of 
MIMO n en s for ul r w deb nd co un c ons,” Av gnon, 
pp. 1-7, 2009. 
[11] X ngsong , Wen X ng , Chengyu n u, T o J n, “Two 
UWB - MIMO Antennas with Hing Isolation Using sleeve 
Coupled Stepped Impedance Reson ors,” IEEE As -Pacific 
Conference Antennas and Propagation, August 27-29, 
Singapore, 2012. 
[12] .T.Trung nd . .D nh, “Proposed MIMO ul r – wide band 
 n enn w h co p c s ruc ure nd low u u l coupl ng,” ICS 
2014, pp. 104 - 113, March 2014 
[13] S. C. . o nd R.D. Murch, “Co p c n egr ed d vers y 
 n enn for W reless co un c on,” IEEE Tr ns. on An enn s 
Propagation, vol.49, no.6, pp. 954-960, 2001. 
. 
 Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) 
ISBN: 978-604-67-0349-5 406