Giảm nhỏ kích thước cho Anten Pifa tái cấu hình theo tần số bằng cấu trúc vòng chia cộng hưởng

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 61 
GIẢM NHỎ KÍCH THƯỚC CHO ANTEN PIFA TÁI CẤU HÌNH 
THEO TẦN SỐ BẰNG CẤU TRÚC VÒNG CHIA CỘNG HƯỞNG 
MINIATURIZATION OF FREQUENCY RECONFIGURABLE PIFA ANTENNA USING CSRR 
Hoàng Thị Phương Thảo 
Trường Đại học Điện lực 
Ngày nhận bài: 3/12/2018, Ngày chấp nhận đăng: 20/12/2018, Phản biện: TS. Phan Xuân Vũ 
Tóm tắt: 
Bài báo trình bày một cấu trúc vòng chia cộng hưởng CSRR (Complementary Split Ring Resonator) 
cho tần số 1,9 GHz. Đồng thời, một cấu anten PIFA tái cấu hình theo tần số sử dụng chuyển mạch 
PIN diode nhằm tạo ra hai cấu hình có tần số khác nhau, 1,9 GHz và 2,1 GHz. Để giảm nhỏ kích 
thước của anten PIFA tái cấu hình theo tần số, cấu trúc CSRR được đề xuất ở trên được tích hợp vào 
mặt phẳng bức xạ của anten. Với việc tích hợp cấu trúc CSRR, kích thước của anten được giảm 29 % 
so với kích thước cấu trúc anten ban đầu. Anten có thể ứng dụng cho LTE 1,9 GHz và 2,1 GHz hoặc 
trong thông tin vô tuyến nhận thức. Anten được thiết kế trên nền đế điện môi Rogers RT5880 và 
được mô phỏng bằng phần mềm CST. 
Từ khóa: 
Anten tái cấu hình, PIFA tái cấu hình, siêu vật liệu, CSRR. 
Abstract: 
This paper presents a design of Complementary Split Ring Resonator (CSRR) at resonant frequency 
of 1.9 GHz. Besides, a frequency reconfigurable PIFA is proposed with two configurations at 1.9 GHz 
and 2.1 GHz. In order to reduce its dimensions, the proposed CSRRs are loaded in the patch of the 
PIFA antenna. By using the CSRR, the antenna dimension is reduced by 29 % compared with the 
PIFA antenna without CSRR. The PIFA antenna is suitable for 1.9 GHz, 2.1 GHz LTE and cognitive 
radio. It is designed on Rogers RT5880 substrate and simulated by CST software. 
Key words: 
reconfigurable antenna, reconfigurable PIFA, MTM, CSRR. 
1. MỞ ĐẦU 
Siêu vật liệu (metamaterials-MTMs) là 
một khái niệm xuất hiện từ hơn một thập 
kỷ qua và thu hút sự quan tâm của các nhà 
khoa học trên toàn thế giới. Đây là loại 
vật liệu nhân tạo có độ từ thẩm, hằng số 
điện môi âm, với các cấu trúc điển hình 
gồm có vòng chia cộng hưởng (Split Ring 
Resonator), vòng chia cộng hưởng bù 
CSRR (Complementary Split Ring 
Resonator) và cấu trúc CRLH-TL 
(Composite right/left handed transmission 
lines) dùng để tổng hợp và phân tích 
MTMs [1-5]. Cấu trúc CSRR lần đầu tiên 
được giới thiệu bởi Falcone và các cộng 
sự vào năm 2004 với hằng số điện môi 
âm. Siêu vật liệu nói chung và cấu trúc 
CSRR nói riêng được nghiên cứu để ứng 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
62 Số 17 
dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau bao 
gồm cả lĩnh vực siêu cao tần. Đã có rất 
nhiều công trình nghiên cứu về việc áp 
dụng cấu trúc CSRR để giảm nhỏ kích 
thước của anten [6-10]. Các công trình 
này chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu 
các cấu trúc CSRR để giảm nhỏ cho anten 
có dải tần hoạt động cố định. Tuy nhiên, 
với đặc điểm của môi trường vô tuyến 
luôn thay đổi, các anten truyền thống có 
dải tần hoạt động cố định khó có thể thay 
đổi các tham số nhằm đáp ứng với môi 
trường kênh vô tuyến vốn thường xuyên 
thay đổi. Vì thế, anten tái cấu hình với 
khả năng tự thay đổi tần số hoạt động ở 
các dải tần khác nhau là một trong những 
giải pháp tiềm năng được sử dụng trong 
hệ thống thông tin vô tuyến nhận thức 
(Cognitive Radio - CR) để giải quyết các 
vấn đề về hiệu quả phổ tần, tự động 
chuyển đổi dải tần hoạt động, thích nghi 
với sự thay đổi của môi trường kênh vô 
tuyến [11]. Một anten tái cấu hình theo 
tần số có thể thay thế được bởi một số 
lượng anten đơn bằng cách thay đổi các 
cấu hình của nó nhờ vào các chuyển mạch 
được tích hợp vào anten [12]. Nhờ vậy, 
anten tái cấu hình góp phần giúp giảm 
nhỏ kích thước cho thiết bị vô tuyến. Tuy 
nhiên, vấn đề tiếp tục giảm nhỏ kích 
thước cho anten tái cấu hình theo tần số 
vẫn cần được quan tâm, nghiên cứu. 
Bài báo này đề xuất một cấu trúc CSRR 
hình chữ nhật để cộng hưởng ở tần số 1,9 
GHz. Sơ đồ tương đương của cấu trúc 
CSRR cũng như việc tính toán mô phỏng 
hằng số điện môi của cấu trúc cũng được 
trình bày trong bày báo để chứng minh 
cấu trúc đề xuất có hằng số điện môi âm. 
Đồng thời, cấu trúc CSRR cũng được áp 
dụng vào một cấu trúc anten PIFA tái cấu 
hình theo tần số đề xuất nhằm chứng tỏ 
khả năng giảm nhỏ kích thước của cấu 
trúc CSRR đối với anten tái cấu hình theo 
tần số. Anten PIFA sử dụng 1 điôt PIN 
nhằm đạt hai cấu hình tần số 1,9 Hz và 
2,1 Hz có thể ứng dụng cho LTE. Kích 
thước phần tử bức xạ của anten PIFA tái 
cấu hình theo tần số đạt 27 x 35 mm khi 
chưa áp dụng cấu trúc CSRR và đạt 24 
mm×28 mm khi áp dụng cấu trúc CSRR. 
Việc áp dụng cấu trúc CSRR vào anten tái 
cấu hình cho phép anten giảm được kích 
thước 29 %. Anten PIFA tái cấu hình theo 
tần số tích hợp CSRR đạt hệ số tăng ích 
2,07 dBi ở cấu hình tần số 1,9 GHz và 
2,18 dBi ở cấu hình tần số 2,1 GHz. Khi 
tần số thay đổi giữa hai cấu hình, dạng 
đồ thị bức xạ của anten gần như không 
thay đổi. 
Các phần sau của bài báo gồm: phần 2 
trình bày thiết kế cấu trúc CSRR ; phần 3 
trình bày về thiết kế anten PIFA tái cấu 
hình theo tần số và 3 về ảnh hưởng của 
cấu trúc CSRR trong anten PIFA tái cấu 
hình theo tần số đề xuất và cuối cùng là 
phần kết luận của bài báo. 
2. THIẾT KẾ CẤU TRÚC CSRR 
Phần này trình bày về một cấu trúc CSRR 
hình chữ nhật được thiết kế cho tần số 
cộng hưởng 1,9 GHz. Cấu trúc được phát 
triển dựa trên cấu trúc CSRR đơn hình 
vuông truyền thống. Mỗi phần tử CSRR 
gồm có hai khe ngược nhau được khắc 
trên tấm kim loại như hình 1a và có sơ đồ 
tương đương được biểu diễn ở hình 1b. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 63 
(a) 
(b) 
Hình 1. (a) Cấu trúc CSRR và (b) sơ đồ tương 
đương [1] 
Tần số cộng hưởng của cấu trúc CSRR ba 
phần tử được tính toán xấp xỉ theo công 
th