Ăng-ten đa băng tần sử dụng với mạch tích hợp LR1110 trong ứng dụng định vị đa môi trường

Bài viết này trình bày một ăng-ten ba băng tầng với cấu trúc 2 mảnh FR4 đặt vuông góc với nhau, ăng-ten hoạt động được ở 3 dải tần là 0.868 GHz, 1.575 GHz và 2.4 GHz, những dải tần này phù hợp với các công nghệ truyền thông LoRa, GPS/GNSS và WiFi/BLE.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Ăng-ten đa băng tần sử dụng với mạch tích hợp LR1110 trong ứng dụng định vị đa môi trường Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) Ăng-ten đa băng tần sử dụng với mạch tích hợp LR1110 trong ứng dụng định vị đa môi trường Trịnh Lê Huy∗ , Nguyễn Bình Phương† , Fabien Ferrero‡ ∗Đại học Công nghệ Thông Tin, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam † Phòng Nghiên cứu và Phát triển Sản phẩm, RFThings Co., LTD, Việt Nam ‡ Viện nghiên cứu LEAT, Đại học Côte d’Azur, Pháp Email: huytl@uit.edu.vn, phuongnb@rfthings.com.vn, Fabien.FERRERO@univ-cotedazur.fr Tóm tắt—Bài báo này trình bày một ăng-ten ba băng tầng với cấu trúc 2 mảnh FR4 đặt vuông góc với nhau, ăng-ten hoạt động được ở 3 dải tần là 0.868 GHz, 1.575 GHz và 2.4 GHz, những dải tần này phù hợp với các công nghệ truyền thông LoRa, GPS/GNSS và WiFi/BLE. Kết quả mô phỏng ăng-ten cho thấy giá trị hệ số phản xạ nhỏ hơn -10 dB cho dải tần 0.868 GHz và 1.575 GHz và nhỏ hơn -6 dB cho dải tần 2.4 GHz. Với kích thước tổng thể là 0.14λ × 0.08λ (λ là độ dài bước sóng tần số 0.868 GHz), ăng-ten được này có thể được sử dụng cho mục đích định vị theo dõi ở cả môi trường trong nhà và ngoài trời. Từ khóa—Ăng-ten đa băng tần, định vị, LR1110, LoRa, GPS/GNSS, WiFi/BLE. Hình 1: Cấu trúc cơ bản của ăng-ten đa băng tần I. GIỚI THIỆU Trong những năm gần đây, thuật ngữ IoT đã được phổ biến rộng rãi trong lĩnh vực công nghệ thông tin và cho thiết bị. Trong bối cảnh này, ba tiêu chí chính cần truyền thông. Một trong những ứng dụng của IoT nhận được quan tâm là kích thước, băng tần và hiệu suất hoạt được nhiều sự quan tâm chính là định vị vị trí của người động [11]. Đã có nhiều nghiên cứu đề xuất các thiết kế hoặc vật thể [1]. Để tăng độ linh hoạt của thiết bị định antenna đa băng tần có thể hỗ trợ định vị trong nhà và vị khi sử dụng tại những môi trường khác nhau (trong ngoài trời cũng như việc truyền tải những dữ liệu này nhà, ngoài trời), nhiều loại công nghệ đã được tích hợp về trạm cơ sơ thông qua các chuẩn giao tiếp không dây và sử dụng đồng thời [2]. Điều này cũng giúp hệ thống như LoRa, WiFi, GSM...[12], [13], [14], [15] thu thập thêm nhiều thông tin liên quan đến vị trí, từ Trong bài báo này, một ăng-ten đa băng tần có thể đó sử dụng các bộ lọc, thuật toán để tăng độ chính xác hoạt động với các công nghệ LoRa, GPS/GNSS và của quá trình định vị. WiFi/BLE được đề xuất để ứng dụng cho việc định vị Khi nhắc đến các bài toán định vị, GPS/GNSS chính tìm kiếm không chỉ ở môi trường ngoài trời mà còn ở là công nghệ được nhắc đến rất nhiều cho các ứng dụng môi trường trong nhà. Nhờ sử dụng cấu trúc vuông góc, ngoài trời [3], [4], [5], [6]. Dựa vào thông tin nhận được khoảng không gian chiếm chỗ của ăng-ten được giảm từ các vệ tinh, sử dụng thêm các thuật toán xử lý dữ liệu, xuống đáng kể. Với kích thước 0.14λ × 0.08λ, ăng-ten vị trí của thiết bị sẽ được xác định với độ chính xác khá này phù hợp với các thiết bị cầm tay nhỏ gọn. Điều này cao. Tuy nhiên, nếu đường truyền từ thiết bị và vệ tinh giúp thiết bị có thể được đeo hoặc gắn trên hành lý, bị chắn, đặc biệt ở môi trường trong nhà, GPS/GNSS phương tiện giao thông và động vật. thường xuất hiện nhiều sai số. Có rất nhiều phương pháp Phần tiếp theo sẽ mô tả thiết kế của ăng-ten với các để giải quyết vấn đề này, trong đó, sử dụng thêm các thông số kích thước cụ thể. Ngay sau đó, các kết quả kỹ thuật bổ trợ như WiFi Scan, BLE Scan là những đề mô phỏng của ăng-ten được trình bày cùng với những xuất khá hiệu quả [7], [8], [9], [10]. thảo luận và đề xuất khi tích hợp chung với IC LR1110. Việc tích hợp nhiều công nghệ vô tuyến khác nhau sẽ Cuối cùng, bài báo sẽ được kết thúc bằng phần tóm tắt tạo ra một thách thức to lớn trong việc thiết kế ăng-ten các kết quả đã đạt được. ISBN 978-604-80-5958-3 173 Hội nghị Quốc gia lần thứ 24 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2021) II. THIẾT KẾ ĂNG-TEN ĐA BĂNG TẦN Ăng-ten này được thiết kế để bao phủ ba dải tần số là 0.868 GHz, 1.575 GHz và 2.4 GHz. Với dải tần 0.868 GHz, LoRa là công nghệ giao tiếp không dây đáng chú ý nhất. Với các đặc tính về năng lượng tiêu thụ, khoảng cách giao tiếp, một thiết bị theo dõi sử dụng công nghệ LoRa có thể gửi dữ liệu vị trí đã thu thập đến gateway ở khoảng cách xa với một mức độ tiêu hao năng lượng là tối thiểu. Ngoài ra, kỹ thuật TDoA cũng được tích hợp trực tiếp trong IC dưới dạng Ranging Engine có thể hỗ trợ định vị ngoài trời thay thế GPS/GNSS tại những nơi không có tầm nhìn thẳng từ thiết bị đến vệ tinh. Mặt khác, trong trường hợp thiết bị được đặt trong nhà, dải (a) Phần tử phát xạ chính tại tần số 868 MHz tần 2.4 GHz là phù hợp cho việc định vị bằng kỹ thuật WiFi Scan/BLE Scan. Theo thống kê cho thấy, hầu hết các khu vực ở thành thị đều có các điểm truy cập WiFi (APs), sử dụng các thuật toán so sánh cường độ tín hiệu phát ra từ APs để tính toán ra vị trí của thiết bị cũng đã được ứng dụng rộng rãi trong thực tế. Đặc biệt, ở dải tần số 2.4 GHz, bên cạnh công nghệ WiFi/BLE cũng có khả năng hỗ trợ xác định vị trí. Nhìn chung, ăng-ten được đề xuất có thể bao phủ băng tần LoRa (0.863 GHz đến 0.868 GHz). Băng tần GPS/GNSS (1.563 GHz đến 1.587 GHz) và băng tần WiFi/BLE (2.4 GHz đến 2.48 GHz) là một giải pháp hợp lý cho các thiết bị định vị đa môi trường. Mô tả đặc tính của các công nghệ LoRa, GPS/GNSS, WiFi/BL ...