Môn Anten & Truyền sóng thường là môn “khó dạy” nhất trong chương trình Điện tử – Viễn thông: công thức Maxwell, giản đồ bức xạ, hệ số định hướng… nhưng sinh viên hiếm khi được tự tay quay một anten và nhìn búp sóng hiện ra trên màn hình. Bộ học liệu Anten & Truyền sóng ME1310 của DreamCatcher — đối tác giải pháp của Keysight — được thiết kế để lấp khoảng trống đó: một gói “dạy được ngay” gồm slide bài giảng, bộ kit phần cứng, bài lab có đáp án và bài tập theo vấn đề, chạy cùng máy phân tích mạng vector (VNA) của Keysight. Bài viết này đi qua cấu trúc bộ học liệu, cách tính trước công suất thu cho bài lab truyền sóng, cách chọn máy đo cho phòng lab và mối liên hệ giữa bàn lab với một trường đo anten công nghiệp.
ME1310 là gì và vì sao khoa Điện tử – Viễn thông cần một bộ học liệu dựng sẵn?
Theo trang giải pháp giảng dạy của Keysight, ME1310 là gói tài nguyên cho giảng viên trong ba mảng: kiến thức nền tảng về anten, thiết kế anten thực tế và kỹ thuật đo anten. Gói gồm slide bài giảng, bộ kit huấn luyện, bài lab và bài tập theo vấn đề. Đối tượng là môn Anten & Truyền sóng cho sinh viên năm 3 hoặc năm cuối, với môn tiên quyết là Lý thuyết trường điện từ.
Điểm đáng giá nhất với một khoa không phải là phần cứng, mà là khối lượng giáo trình đã được soạn và kiểm chứng: theo datasheet ME1310 (cập nhật 08/2023), gói có hơn 500 slide PowerPoint chỉnh sửa được, phủ 45 giờ giảng cho một học kỳ, cùng 8 bài lab bằng Word, mỗi bài 3 giờ, tổng 24 giờ thực hành, tất cả đều kèm đáp án mẫu. Giảng viên có thể chèn nội dung riêng của trường thay vì soạn lại từ đầu.
Các chủ đề slide trải từ nhập môn anten, tham số anten, kỹ thuật phối hợp trở kháng, đo anten và đo giản đồ bức xạ 3D, tới thiết kế anten dây, anten băng rộng, Yagi-Uda, anten vi dải (microstrip patch), Wi-Fi/Bluetooth/ZigBee, anten WLAN, anten thông minh, anten cho thông tin vô tuyến và anten cho thiết bị cầm tay.
Bên trong bộ kit: module phát, module thu quay hai trục và bộ anten ba băng tần
Phần cứng ME1310 gồm hai khối và phần mềm vẽ giản đồ:
- Module phát (TX): dải 2 MHz – 6 GHz (giới hạn bởi cáp RG316), trở kháng 50 Ω. Module này cần nguồn tín hiệu ngoài — tức máy phát tín hiệu RF hoặc cổng nguồn của VNA.
- Module thu (RX): có đầu dò RF tích hợp hoạt động 50 MHz – 3 GHz với mức vào −60 dBm tới −5 dBm ở 2,4 GHz (tới 0 dBm ở 900 MHz); khi nối thẳng ra máy đo thì dải là 2 MHz – 6 GHz. Trục quay thứ nhất do máy tính điều khiển, phủ 0–359° với bước chọn được từ 1 đến 30° mỗi bước; trục thứ hai chỉnh tay, bước nhỏ nhất 5°, cho phép đo giản đồ 3D.
- Phần mềm RadPat 3D: chạy trên Windows 7, 8, 10 hoặc 11, vẽ giản đồ bức xạ 2D/3D tự động chỉ với một cú nhấp khi điều khiển máy đo khuyến nghị.
Bộ anten đi kèm phủ ba băng tần phổ biến của IoT và WLAN: 433 MHz (lưỡng cực, đơn cực), 915 MHz (lưỡng cực, đơn cực, xoắn ốc), 2,4 GHz (lưỡng cực, đơn cực, vi dải và Yagi-Uda) và một anten hai băng 915 MHz & 2,4 GHz. Phụ kiện gồm adapter nguồn 5 Vdc 2 A, cáp đồng trục 1 m (2 sợi) và 0,18 m, các đầu chuyển SMA và N-SMA, cáp USB và cáp LAN.
Tám bài lab và năng lực sinh viên đạt được
Theo datasheet 08/2023, bộ kit đi kèm 8 bài lab. Mỗi bài ghi rõ phần cứng cần dùng và cấu hình máy đo — phương án 1 là máy phát tín hiệu RF kết hợp đầu dò trong module thu, phương án 2 là máy phân tích mạng vector:
| Bài lab | Sinh viên rèn được gì |
|---|---|
| Nhập môn đo giản đồ bức xạ 2D và 3D | đọc búp chính, búp phụ, độ rộng búp nửa công suất |
| Đo trở kháng anten | đọc S11, return loss, VSWR, tần số cộng hưởng |
| Đo độ lợi anten | gắn khái niệm dBi với một phép đo thật |
| Đo phân cực | thấy suy hao lệch phân cực khi xoay anten |
| Đo hiệu suất anten (lưỡng cực) | tách tổn hao khỏi hệ số định hướng |
| Đo hiệu suất búp sóng (anten vi dải) | phần năng lượng nằm trong búp chính |
| Hiệu chuẩn anten | vì sao phải hiệu chuẩn trước khi tin số đo |
| Truyền sóng không gian tự do | kiểm chứng suy hao theo khoảng cách và tần số |
Ngoài ra có hai bài tập theo vấn đề: thiết kế anten vi dải và thiết kế anten F ngược phẳng (PIFA) — kiểu anten nằm trong hầu hết điện thoại. Gói bổ sung ME1310-230 cung cấp bo phát triển anten 120 × 200 mm và băng đồng dẫn điện để sinh viên tự cắt dán, chế thử anten rồi đo lại ngay trên bộ kit. Lưu ý: trang giới thiệu trên keysight.com còn liệt kê phiên bản cũ với 7 bài lab; danh sách trên đây theo datasheet mới nhất của DreamCatcher.
Nếu cần ôn lại cách đọc VSWR, return loss và giản đồ bức xạ trước buổi lab, xem bài Đo ăng ten: VSWR, return loss và giản đồ bức xạ đọc thế nào cho đúng.
Tính trước công suất thu trước khi bật máy
Một thói quen tốt cần dạy sinh viên là dự đoán kết quả trước khi đo. Keysight Antenna Test Selection Guide (tài liệu 5968-6759) đưa ra công thức suy hao không gian tự do cho một trường đo trường xa:
Suy hao (dB) = 32,45 + 20·log R + 20·log F, với R là khoảng cách tính bằng mét và F là tần số tính bằng GHz.
Áp vào bộ anten ME1310 với nguồn phát 0 dBm và hai anten lưỡng cực nửa sóng lý tưởng (2,15 dBi mỗi bên): ở 2,4 GHz và khoảng cách 1 m, suy hao là 32,45 + 0 + 7,6 ≈ 40,1 dB, nên công suất thu ≈ 0 + 2,15 + 2,15 − 40,1 ≈ −35,8 dBm; kéo ra 3 m thì còn khoảng −45,3 dBm. Cả hai đều nằm gọn trong cửa sổ −60 dBm tới −5 dBm của đầu dò module thu. Kết quả đo thực tế sẽ thấp hơn vài dB vì suy hao cáp và phản xạ trên bàn — chính khoảng chênh đó là một câu hỏi thảo luận hay cho sinh viên.
Bảng tính cũng cho thấy một chi tiết dễ bị bỏ qua: ở 433 MHz, bước sóng khoảng 69 cm, nên một bàn lab dài 1 m chỉ tương đương khoảng 1,4 bước sóng. Ở khoảng cách đó, anten thu chưa nằm chắc trong vùng trường xa, giản đồ đo được dễ bị méo. Khi dạy ở băng 433 MHz, nên kéo hai module xa nhau hơn trước khi kết luận về giản đồ.
Chọn máy đo cho phòng lab: máy phát tín hiệu hay máy phân tích mạng vector?
Datasheet ME1310 nêu yêu cầu máy đo (mua riêng): VNA tối thiểu 3 GHz, điều khiển bằng lệnh SCPI qua LAN hoặc USB (tuân thủ IVI-COM), kèm bộ chuẩn hiệu chuẩn kiểu SMA; hoặc phương án rẻ hơn là máy phát tín hiệu RF tối thiểu 3 GHz dùng cùng đầu dò trong module thu. VNA là lựa chọn được khuyến nghị vì cho phép đo cả S11 (trở kháng, phối hợp) lẫn S21 (truyền đạt giữa hai anten) như trong bài lab.
Trên trang giải pháp, Keysight khuyến nghị Keysight N9912A FieldFox 4 GHz. Model này đã ngừng sản xuất; model thay thế hiện hành là máy phân tích cầm tay FieldFox Keysight N9912C (tới 10 GHz — cần chọn tùy chọn VNA khi đặt hàng). Với phòng lab nhiều bàn, có thể cân nhắc các phương án sau:
- VNA USB nhỏ gọn cho từng bàn: Keysight P5000B (9 kHz – 4,5 GHz) hoặc Keysight P5001B (9 kHz – 6,5 GHz, phủ trọn dải 6 GHz mà cáp của bộ kit cho phép). Theo Keysight, VNA USB kết nối với máy tính chủ để xử lý dữ liệu, dùng cùng giao diện và mã tự động hóa với VNA để bàn — tiện khi mỗi bàn đã có sẵn một PC chạy RadPat.
- VNA để bàn dùng chung với các môn vi ba khác: Keysight E5063A (từ 100 kHz, chọn tùy chọn từ 4,5 GHz trở lên) hoặc Keysight E5061B (5 Hz – 3 GHz).
- Phương án máy phát tín hiệu: máy phát tín hiệu RF Keysight N9310A kết hợp đầu dò của module thu — đủ cho đo giản đồ ở các băng 433 MHz, 915 MHz và 2,4 GHz, nhưng không đo được S11.
Datasheet cũng ghi rõ học liệu được thiết kế để làm việc với các loại máy trên và các model có hiệu năng tương đương. Trước khi đặt hàng, nên để kỹ sư xác nhận cấu hình cụ thể chạy được với RadPat 3D trên máy tính của phòng lab.
Từ bàn lab tới trường đo anten công nghiệp
Giá trị sư phạm của ME1310 nằm ở chỗ nó là một trường đo anten thu nhỏ. Theo Antenna Test Selection Guide của Keysight, một trường đo trường xa gồm điểm phát (nguồn vi ba, bộ khuếch đại nếu cần, anten phát và đường liên lạc tới điểm thu) và điểm thu (anten cần đo, anten tham chiếu, máy thu, nguồn dao động nội, bộ đổi tần, bộ định vị quay, phần mềm và máy tính). Trên bàn lab, module TX cùng nguồn tín hiệu đóng vai điểm phát; module RX với cơ cấu quay là bộ định vị; đầu dò hoặc VNA là máy thu; RadPat là phần mềm hệ thống.
Khi sinh viên ra trường và bước vào phòng đo của doanh nghiệp, các khái niệm sẽ được mở rộng chứ không thay đổi. Tài liệu của Keysight mô tả:
- Đo trường gần: đầu dò đặt rất sát anten cần đo, nên độ nhạy và dải động không quan trọng bằng ở trường xa; có thể mở rộng băng thông IF để tăng tốc độ đo.
- Đo trường xa: cần độ nhạy cao; máy phân tích mạng PNA-X có kiến trúc trộn tần cơ bản tới 26,5 GHz, cho độ nhạy và dải động cao hơn 24 dB so với máy dùng bộ lấy mẫu.
- Trường đo thu gọn (CATR): dùng gương phản xạ định hình để chuẩn trực sóng, nhờ đó truyền công suất hiệu quả hơn so với suy hao không gian tự do.
Đó là lý do một bài lab truyền sóng 3 giờ trên ME1310 là nền móng tốt cho kỹ sư sẽ làm việc với các hệ đo dựa trên máy phân tích mạng PNA-X Keysight N5242B sau này. Với các khoa đang xây chuỗi phòng lab, có thể tham khảo thêm bài bộ kit giảng dạy IoT Keysight U3810A cho mảng IoT.
Gói đặt hàng ME1310
| Mã | Nội dung |
|---|---|
| ME1310-100 | Slide bài giảng, 1 giấy phép người dùng |
| ME1310-200 | Bộ kit huấn luyện, 1 bộ |
| ME1310-210 | Bộ nâng cấp cho ME1300: cột anten 3D, RadPat 3D, bài lab, hướng dẫn nhanh |
| ME1310-230 | Bo tạo mẫu anten: 3 bo mạch và 3 cuộn băng đồng dẫn điện |
| ME1310-300 | Slide bài giảng + bộ kit huấn luyện |
Máy đo mua riêng. Bảo hành phần cứng bộ kit 1 năm theo datasheet. Xem cấu hình chi tiết tại trang bộ kit giảng dạy Anten & Truyền sóng ME1310.
Cần tư vấn dựng phòng lab Anten & Truyền sóng? Liên hệ kỹ sư Techmaster Electronics — đại lý ủy quyền Keysight tại Việt Nam — để được tư vấn cấu hình học liệu ME1310, máy phân tích mạng và bộ chuẩn hiệu chuẩn phù hợp số bàn thực hành của trường. Hotline 0908 173 345.
Nguồn: trang Antenna & Propagation Teaching Solution và Antenna Test Selection Guide 5968-6759 trên keysight.com; trang máy phân tích mạng vector của Keysight; datasheet ME1310 của DreamCatcher (cập nhật 06/08/2023).
Câu hỏi thường gặp
Bộ học liệu ME1310 gồm những gì?
ME1310 gồm hơn 500 slide PowerPoint phủ 45 giờ giảng, bộ kit với module phát và module thu quay hai trục, phần mềm RadPat 3D, bộ anten 433 MHz, 915 MHz và 2,4 GHz, cùng 8 bài lab có đáp án mẫu và bài tập thiết kế anten vi dải, PIFA.
Phòng lab ME1310 cần máy đo nào?
Theo datasheet, nên dùng máy phân tích mạng vector tối thiểu 3 GHz điều khiển SCPI qua LAN hoặc USB, kèm bộ chuẩn SMA; hoặc dùng máy phát tín hiệu RF tối thiểu 3 GHz cùng đầu dò trong module thu. Keysight khuyến nghị FieldFox N9912A, nay được thay bằng N9912C.
ME1310 khác ME1300 thế nào?
ME1310 là phiên bản đo giản đồ 3D, có trục quay thứ hai và phần mềm RadPat 3D. Trường đã có ME1300 có thể mua bộ nâng cấp ME1310-210 gồm cột anten 3D, RadPat 3D, bài lab và hướng dẫn nhanh.
Bộ kit ME1310 dùng cho sinh viên năm mấy?
ME1310 dành cho môn Anten & Truyền sóng của sinh viên năm 3 hoặc năm cuối, với môn tiên quyết là Lý thuyết trường điện từ.
