Giới thiệu đề tài nhóm giải nhất SV NCKH trong lĩnh vực điện tử, Đề tài "Nghiên cứu kỹ thuật định dạng và điều khiển búp sóng sử dụng mảng anten phẳng"

Nhóm sinh viên thực hiện đề tài gồm có Lê Thành Long lớp 2018DHKTMT02 - ĐH K13, Nguyễn Tiến Hùng lớp 2018DHKTMT02 - ĐH K13 và Hoàng Văn Đạo lớp 2019DHDTTT06 - ĐH K14 với sự hướng dẫn của TS. Tống Văn Luyên

Ngày nay, sự gia tăng nhanh chóng về số lượng và mật độ các thiết bị không dây trong hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới như mạng thế hệ thứ 5 (5G) gây ra nhiễu nghiêm trọng trong môi trường truyền sóng điện từ. Để giải quyết vấn đề này, các hệ thống anten thông minh dựa trên kỹ thuật định dạng và điều khiển búp sóng với khả năng đặt điểm “không” trên giản đồ bức xạ được xem là một giải pháp đầy triển vọng. Tuy nhiên, khả năng chống nhiễu và hội tụ năng lượng bức xạ theo một hướng cụ thể trong không gian đối với các anten riêng lẻ hay mảng anten tuyến tính vẫn còn những hạn chế trong các hệ thống thông tin vô tuyến. Để khắc phục được điều đó, giải pháp này tập trung nghiên cứu kỹ thuật định dạng và điều khiển búp sóng sử dụng mảng anten phẳng nhằm cải thiện hiệu quả của việc truyền/nhận tín hiệu trong không gian cũng như khả năng triệt nhiễu tại các hướng không mong muốn.

Hình 1: Định dạng và điều khiển búp sóng

Trong kỹ thuật định dạng và điều khiển búp sóng, tín hiệu của các phần tử anten sẽ được điều khiển hay nói cách khác là lái búp sóng theo một nguyên tắc xác định. Hoạt động điều khiển này nhằm mục đích là định dạng và điều khiển búp sóng của mảng anten gồm có: tạo và lái búp sóng chính theo một hướng xác định, thay đổi mức búp phụ và thay đổi các búp không (null). Các búp sóng của mảng anten được định dạng và điều 5 khiển tùy theo yêu cầu ứng dụng của mảng anten trong các hệ thống thông tin cụ thể nào đó.

Lợi ích của kỹ thuật định dạng và điều khiển búp sóng đó chính là tiết kiệm chi phí, tối ưu hiệu suất phổ và triệt nhiễu. Đề tài này tập trung và việc triệt nhiễu và sử dụng 2 loại mảng anten phẳng hcn và mảng anten tròn.

Hình 2: Mảng anten hình chữ nhật với các phần tử được đặt theo trục x và y.

Mảng phẳng hình chữ nhật mô phỏng thực tế được trang bị các dọc theo trục x và 10 phần tử và y 10 phần tử. Như vậy, mảng anten được trang bị với 100 phần tử anten, khoảng cách các phẩn tử anten là 0.5m.

Hình 3: Mảng anten tròn với các phần tử được đặt trên mặt phẳng x y.

Mảng phẳng tròn mô phỏng thực tế được trang bị 16 phần tử anten trên mặt phẳng xy. Hệ số mảng cho mảng phẳng này có công suất bức xạ cực đại, bán kính đường tròn là 2m.

Kết quả mô phỏng mảng anten phẳng hình chữ nhật:

Bộ xử lý số tín hiệu còn có khả năng đặt một hay nhiều null cùng một lúc trong trường hợp hướng nhiễu khác nhau ngoài búp sóng chính. Mô phỏng một trường hợp triệt nhiễu ở hướng -30° và 30° đồng thời lái búp sóng chính đến hướng 10° với 100 phần tử anten, mô phỏng Monte Carlo 50 lần, 500 vòng lặp.

Hình 4: Giản đồ tổng hợp bức xạ mảng anten phẳng hình chữ nhật.

Hình 5: Giản đồ bức xạ 3D mảng anten phẳng hình chữ nhật.

Kết quả mô phỏng mảng anten tròn:

Tiếp tục mô phỏng kịch bản đó là vừa lái búp sóng chính và vừa triệt nhiễu. Trường hợp này, sẽ triệt nhiễu ở góc dải rộng (20°, 50°) và đồng thời lái búp sóng chính đến hướng quan tâm là 10°.

Hình 6: Giản đồ bức xạ 2D mảng tròn khi có nhiễu dải rộng và lái búp sóng chính.

Hình 7: Giản đồ bức xạ 3D mảng tròn khi có nhiễu dải rộng và lái búp sóng chính.

Tương tự như ở mảng anten phẳng hình chữ nhật ở mảng anten tròn thì thuật toán LMS vẫn có thể vừa đặt điểm không và vừa lái búp sóng chính hướng cụ thể. Lỗi ước tính trọng số sẽ hội tụ trong khoảng 100 vòng lặp.

NGƯT.PGS.TS. Phạm Văn Đông - Trưởng phòng Khoa học & Công nghệ nhà trường trao giấy khen cho sinh viên Khoa Cơ khí, Khoa Điện tử đạt giải Nhất. Bạn Hoàng Văn Đạo (thứ 1 từ trái sang), đại diện nhóm nghiên cứu nhận Giấy khen.

Tóm tắt kết quả nghiên cứu : Tải về tại đây