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

c xạ có kích thước Ws × Ls = 
27 × 35 mm, đế điện môi Rogers RT5880 
với ε = 2,2, chiều dày đế điện hsub=0,8 
mm, độ cao của anten là 5 mm. Giữa mặt 
phẳng bức xạ và mặt phẳng đất được nối 
với nhau bởi tấm kim loại ngắn mạch. 
Tiếp theo, để tạo ra anten PIFA tái cấu 
hình theo tần số, ở mặt phẳng đất của 
anten được xẻ rãnh và được tích hợp một 
điôt PIN. Cấu trúc của anten tái cấu hình 
đề xuất như ở hình 3. 
(a) 
 (b) 
Hình 3. Cấu trúc anten tái cấu hình không tích 
hợp cấu trúc CSRR: (a) Mặt trên; (b) Mặt dưới 
Anten tái cấu hình theo tần số bằng cách 
thay đổi trạng thái của chuyển mạch điôt 
ON (bật) hoặc OFF (ngắt). Trạng thái của 
điôt được điều khiển bằng một nguồn một 
chiều bên ngoài anten. Điôt được tích hợp 
ngay cạnh của mặt phẳng đất để nguồn 
cung cấp, mạch phân cực cho điôt ảnh 
hưởng ít nhất đến sự hoạt động của anten. 
Cực dương của điôt nối với mặt phẳng đất 
thông qua một tụ điện C nhằm ngăn dòng 
một chiều giữa hai cực. Ưu điểm của 
diode PIN đó là nguồn cấp một chiều cho 
diode bé, chỉ từ 3-5 V, suy hao thấp, độ 
cách ly tốt, đặc biệt là giá thành rẻ và tốc 
độ chuyển mạch nhanh (cỡ từ 1-100 ns), 
nhanh nhất so với tất cả các loại chuyển 
mạch khác [7]. Vì vậy, điôt PIN hiện nay 
được sử dụng phổ biến trong các ứng 
dụng vô tuyến. Điôt được sử dụng trong 
thiết kế này là SMP1345 PIN với các giá 
trị điện trở, tụ điện và cuộn cảm là RS = 2 
Ω, L1 = 0,45 nH, CT = 0,2 pF, RP = 7 kΩ, 
có dải tần hoạt động từ 10 MHz đến 6 
GHz, hoàn toàn phù hợp tần số thiết kế và 
có sơ đồ mạch tương đương như ở hình 4. 
Việc mô phỏng được thực hiện dựa trên 
sự kết hợp giữa CST Microwave Studio 
và CST Design để khảo sát được cả ảnh 
các tham số của điôt ảnh hưởng đến hoạt 
động của anten. Bằng cách sử dụng một 
điôt, anten có thể hoạt động ở hai trạng 
thái khác nhau phụ thuộc vào trạng thái 
của điôt. Khi điôt ở trạng thái ON, tần số 
cộng hưởng của anten gần như tần số của 
anten truyền thống ban đầu thiết kế khi 
chưa xẻ rãnh. Khi điôt ở trạng thái OFF, 
tần số cộng hưởng của anten được dịch 
xuống do khe xẻ rãnh làm tăng chiều dài 
điện của anten. Kết quả mô phỏng tham 
số |S11| được biểu diễn trên hình 5. 
 (a) (b) 
Hình 4. Sơ đồ tương đương của điôt 
ở trạng thái: ON (bật), (b) OFF (ngắt) 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 65 
Hình 5. Kết quả mô phỏng tham số |S11| 
của anten tái cấu hình tần số sử dụng 
Hình 6. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ 3D 
và 2D (mặt phẳng XY và XZ) ở tần số f= 1,9 GHz 
Từ đồ thị ở hình 5 cho thấy, anten có thể 
hoạt động ở cấu hình với hai tần số cộng 
hưởng khác nhau. Khi điôt ở trạng thái 
OFF, anten cộng hưởng ở tần số trung 
tâm 1,9 GHz với băng thông đạt được 
110 Mz (từ 1,88 đến 1,99 GHz). Ở trạng 
thái thứ 2, khi điôt ON, anten chuyển sang 
cấu hình tần số 2,1 GHz với băng thông 
đạt được hơn 153 MHz (từ 2,05 đến 2,21 
GHz). Băng thông của anten được tính 
với tham số |S11| < 10 dB. Hình 6 và 
hình 7 biểu diễn kết quả mô phỏng đồ thị 
bức xạ 3D và 2D ở mặt phẳng XY và XZ 
của anten ở hai cấu hình khác nhau. Từ 
kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ của anten 
cho thấy, ở cả hai cấu hình, đồ thị bức xạ 
gần như không thay đổi. Hệ số tăng ích 
cực đại của hai cấu hình cao, đạt 2,84 dBi 
ở tần số 1,9 GHz và 3,04 dBi ở tần số 2,1 
GHz. 
Hình 7. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ 3D 
và 2D (mặt phẳng XY và XZ) ở tần số f= 2,1 GHz 
3.2. Anten PIFA tái cấu hình sử dụng 
điôt PIN tích hợp cấu trúc CSRR 
Anten PIFA tái cấu hình theo tần số được 
trình bày trong mục 3.1 với kích thước 
của phần tử bức xạ là 27 × 35 mm, tương 
đối lớn so với các công trình đã công bố. 
Để giảm kích thước cho anten trên, một 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
66 Số 17 
cấu trúc gồm ba phần tử CSRR như thiết 
kế ở mục 2 được chèn vào mặt phẳng bức 
xạ của anten như ở hình 8. Mặt phẳng bức 
xạ của anten có kích thước là W × L = 
24 × 28 mm. Kết quả mô phỏng tham số 
|S11| được biểu diễn trên hình 7 cho thấy, 
anten có thể hoạt động ở hai cấu hình tần 
số khác nhau với tần số cộng hưởng 1,9 
GHz khi điôt ở trạng thái OFF và 2,1 GHz 
khi điôt ở trạng thái ON. 
Hình 8. Mặt phẳng bức xạ của anten PIFA tái 
cấu hình sử dụng nguyên lý siêu vật liệu 
Băng thông của anten đạt 78 MHz ở cấu 
hình tần số 1,9 GHz và 52 MHz ở cấu 
hình tần số 2,1 GHz. Như vậy, khi tích 
hợp cấu trúc CSRR thì kích thước phần tử 
bức xạ của anten từ 27 × 35 mm xuống 
còn 24 × 28 mm, tương ứng với giảm 29 
%. Với cấu trúc này, anten cũng cộng 
hưởng tốt với tham số |S11| giảm tới -35 
dB ở cấu hình thứ nhất và -25 dB ở cấu 
hình thứ 2. Tuy nhiên, một nhược điểm 
của thiết kế đề xuất là băng thông của 
anten giảm khi sử dụng cấu trúc CSRR. 
Đây cũng chính là nhược điểm của các 
anten khi được tích hợp các cấu trúc siêu 
vật liệu. Hình 10 và hình 11 biểu diễn đồ 
thị bức xạ 3D và đồ thị trên mặt phẳng 
XY, XZ của anten ở hai cấu hình tần số 
1,9 GHz và 2,0 GHz. Kết quả mô phỏng 
cho thấy cả hai cấu hình đều có đồ thị gần 
như tương đương nhau. Ở cấu hình tần số 
1,9 GHz, hệ số tăng ích cực đại của anten 
đạt 2,07 dBi và ở cấu hình tần số 2,1 GHz 
đạt 2,18 GHz. So với cấu trúc anten PIFA 
không tích hợp CSRR thì hệ số tăng ích 
của anten bị sụt giảm. 
Hình 9. Kết quả mô phỏng tham số |S11| 
của anten PIFA tái cấu hình theo tần số 
 tích hợp cấu trúc CSRR 
Hình 10. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ 
với f=1,9 GHz 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 67 
Hình 11. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ 
với f=2,1 GHz 
4. KẾT LUẬN 
Bài báo thiết kế một cấu trúc CSRR cho 
tần số 1,9 GHz, từ đó tích hợp vào cấu 
trúc anten PIFA tái cấu hình theo tần số 
để giảm kích thước của anten. Cấu trúc 
CSRR được chứng minh cộng hưởng ở 
tần số 1,9 GHz thông qua việc tính toán 
hằng số điện môi vật liệu của cấu trúc. 
Anten sử dụng một chuyển mạch điôt PIN 
để đạt được hai cấu hình tần số khác nhau 
với tần số cộng hưởng trung tâm là 1,9 
GHz và 2,1 GHz. Đồ thị bức xạ ở cả hai 
cấu hình gần như không thay đổi với hệ 
số tăng ích cực đại lần lượt là 2,07 dBi và 
2,18 dBi. Để làm rõ ảnh hưởng của cấu 
trúc CSRR đến việc giảm nhỏ kích thước 
của anten, một anten PIFA tái cấu hình 
theo tần số không sử dụng cấu trúc siêu 
vật liệu được thiết kế ở cùng các tần số 
cộng hưởng như anten. So sánh kích 
thước của anten có và không sử dụng 
CSRR, kích thước của anten tái cấu hình 
theo tần số sử dụng CSRR giảm 29%. 
Mặc dù kích thước của anten được giảm 
nhỏ, anten đề xuất có một hạn chế đó là 
băng thông hẹp, đây cũng là một nhược 
điểm chung của anten PIFA. Mẫu anten 
cần tiếp tục được nghiên cứu để cải cải 
tiến, đặc biệt là băng thông của anten 
trong tương lai. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] G.V. Eleftheriades and K.G. Balmain, Negative Refraction Metamaterials: Fundamental 
Principles and Applications, New York, John Wiley & Sons, 2005. 
[2] Smith, D.R.; Padilla, W. J.; Vier, D.C.; Nemat-Nasser S. C. & Schultz, “Composite medium 
with simultaneously negative permeability and permittivity ”, Physical Review Letters. 
[3] Nader Engheta, “An Idea for Thin Subwavelength Cavity Resonators Using Metamaterials 
With Negative Permittivity and Permeability” IEEE Antennas and Wireless propagation 
letters vol. 1, 2002. 
[4] Baena, J.D.; Bonache, J.; Martín F.; Sillero, R.M.; Falcone, F.; Lopetegi, T.; Laso, M.A.G.; 
García-García, J.; Gil, I.; Portillo, M. F. & Sorolla, M. “Equivalent-circuit models for splitring 
resonators and complementary split-ring resonators coupled to planar transmission lines”, 
IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 53, April 2005, pp.1451-
1461, ISSN 0018-9480. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
68 Số 17 
[5] Christophe Caloz, Tatsuo Itoh, “ Electromagnetic metamaterials: Transmission Line Theory 
and Microwave Applications- The Engineering Approach” Wiley pub., 2006. 
[6] Cao, Wenquan, et al. "A low-cost compact patch antenna with beam steering based on 
CSRR-loaded ground." IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters 10 (2011): 1520-
1523. 
[7] Xiaoyang, Cai, et al. "Compact triple-band-notched UWB planar monopole antenna based 
on modified CSRR." Antennas and Propagation (APCAP), 2016 IEEE 5th Asia-Pacific 
Conference on. IEEE, 2016. 
[8] Yadav, Ajay, et al. "CSRR and C-slot loaded triple band notched ultra wideband antenna." 
Information, Communication, Instrumentation and Control (ICICIC), 2017 International 
Conference on. IEEE, 2017. 
[9] Srivastava, Gunjan, Akhilesh Mohan, and Ajay Chakrabarty. "A compact CSRR based 
differential slot antenna for UWB applications." Microwave Conference (APMC), 2017 IEEE 
Asia Pacific. IEEE, 2017. 
[10] Christydass, S. Prasad Jones, and N. Gunavathi. "Design of CSRR loaded multiband slotted 
rectangular patch antenna." Applied Electromagnetics Conference (AEMC), 2017 IEEE, 
2017. 
[11] J.T. Bernhard, Reconfigurable Antennas, the Morgan & Claypool Publishers, 2007. 
[12] Christodoulou, C.G., Y. Tawk, S.A. Lane, and S. R. Erwin, “Reconfigurable antennas for 
wireless and space applications”, Proc. IEEE, vol. 100, no. 7, pp. 2250-2261, 2012. 
Giới thiệu tác giả: 
Tác giả Hoàng Thị Phương Thảo nhận bằng Kỹ sư Điện tử viễn thông năm 
2004, bằng Thạc sỹ Khoa học Điện tử viễn thông năm 2007, bảo vệ luận án 
ngành kỹ thuật viễn thông năm 2018 tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội. 
Hiện tác giả là giảng viên Khoa Điện tử viễn thông, Trường Đại học Điện lực. 
Lĩnh vực nghiên cứu: siêu cao tần, siêu vật liệu ứng dụng cho anten, anten tái 
cấu hình, anten thông minh, anten dải sóng millimeter và bộ lọc siêu cao tần 
ứng dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến. 
. 
TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NĂNG LƯỢNG - TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC 
(ISSN: 1859 - 4557) 
Số 17 69 
 . 
.