Đang tải... (xem toàn văn)
Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.Phát triển ăngten mảng phẳng sử dụng phần tử bức xạ dạng cấu trúc siêu vật liệu và lưỡng cực điện từ ở dải sóng milimét.
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu riêng tơi Những s ố liệu, kết nêu luận án trung thực chưa cơng bố bấtkỳ cơng trình khác Tác giả luận án Đặng Thị Từ Mỹ i LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập, nghiên cứu hồn thành Luận án, tơi nhận động viên để vượt qua khó khăn, hướng dẫn tận tụy, góp ý khoa học sâu sắc tập thể thầy cô giáo hướng dẫn Tôi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến thầy cô hướng dẫn: TS Trần Thị Hương, GS Hirokawa PGS.TS Bùi Thị Minh Tú Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Khoa Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng; Khoa Kỹ thuật Công nghệ, Trường Đại học Quy Nhơn tạo điều kiện thuận lợi cho suốt thời gian học tập nghiên cứu để hồn thành Luận án Tơi chân thành cảm ơn Thầy, Cô giáo nơi công tác học tập, đồng nghiệp hỗ trợ, trao đổi, thảo luận gửi nhiều góp ý chuyên mơn giúp tơi hồn thành Luận án Sau cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn từ đáy lòng đến Chồng tôi, động viên định hướng cho suốt trình học tập nghiên cứu Đồng thời, cảm ơn hai tạo động lực cho tơi hồn thành Luận án Đà Nẵng, ngày tháng Tác giả Đặng Thị Từ Mỹ ii năm 2022 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ .vii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT xi MỞ ĐẦU xiv CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ĂNG-TEN MẢNG VÀ SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ .1 1.1 Giới thiệu chương .1 1.2 Lý thuyết chung ăng-ten 1.2.1 Giới thiệu 1.2.2 Các tham số ăng-ten 1.3 Siêu vật liệu điện từ 12 1.3.1 Giới thiệu 12 1.3.2 Lý thuyết vật liệu LHMs 12 1.3.3 Vật liệu có số điện mơi âm ENG 18 1.3.4 Ứng dụng siêu vật liệu điện từ thiết kế ăng-ten .19 1.4 Ăng-ten lưỡng cực điện từ 20 1.4.1 Giới thiệu 20 1.4.2 Cấu trúc ăng-ten lưỡng cực điện từ 21 1.5 Tổng kết chương .24 CHƯƠNG QUY TRÌNH PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ VÀ MƠ PHỎNG ĂNGTEN 25 iii 2.1 Giới thiệu chương .25 2.2 Quy trình phân tích thiết kế ăng-ten mảng 25 2.2.1 Quy trình phân tích 25 2.2.2 Quy trình tổng quát thiết kế ăng-ten .28 2.3 Lựa chọn vật liệu điện môi tiếp điện cho ăng-ten 29 2.3.1 Vật liệu sử dụng cho ăng-ten dải sóng Milimét 29 2.3.2 Phương pháp tiếp điện 32 2.3.3 Bộ chia công suất chữ T sử dụng cho mạng tiếp điện ăng-ten mảng 36 2.4 Phương pháp tính tốn, mơ ăng-ten .38 2.5 Tổng kết chương .42 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĂNG-TEN MẢNG PHẲNG ĐỘ LỢI LỚN CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 5G .43 3.1 Giới thiệu chương .43 3.2 Thiết kế ăng-ten vi dải đơn sử dụng cấu trúc siêu vật liệu .43 3.2.1 Yêu cầu thiết kế .44 3.2.2 Mơ hình đề xuất 44 3.2.3 Cơ sở lý thuyết 46 3.2.4 Mô tối ưu 49 3.3 Thiết kế ăng-ten mảng chiều phần tử .53 3.3.1 Thiết kế mạng tiếp điện 53 3.3.2 Ăng-ten mảng chiều phần tử 54 3.3.3 Ăng-ten mảng chiều phần tử 55 iv 3.4 So sánh mảng ăng-ten đề xuất với cơng trình cơng bố 56 3.5 Kiểm chứng thực nghiệm 57 3.6 Tổng kết chương .58 CHƯƠNG 4: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ ĂNG-TEN MẢNG LƯỠNG CỰC ĐIỆN TỪ ỨNG DỤNG CHO HỆ THỐNG THÔNG TIN MILIMÉT .59 4.1 Giới thiệu chương .59 4.2 Thiết kế ăng-ten lưỡng cực điện từ 60 4.2.1 Yêu cầu thiết kế .60 4.2.2 Mô hình đề xuất 61 4.2.3 Mô tối ưu 63 4.3 Thiết kế ăng-ten mảng lưỡng cực điện từ 67 4.3.1 Thiết kế mạng tiếp điện phẳng 67 4.3.2 Thiết kế ăng-ten mảng .70 4.4 So sánh mảng ăng-ten đề xuất với cơng trình công bố 74 4.5 Tổng kết chương .75 KẾT LUẬN .76 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CƠNG BỐ 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Thông số thiết kế ăng-ten 44 Bảng 3.2 Kích thước tối ưu ăng-ten vi dải hoạt động tần số 28 GHz (đơn vị mm) 52 Bảng 3.3 So sánh ăng-ten mảng đề xuất số ăng-ten công bố 56 Bảng 4.1 Thông số thiết kế ăng-ten 60 Bảng 4.2 Kích thước tối ưu ăng-ten lưỡng cực điện từ hoạt động tần số 38 GHz (đơn vị mm) .66 Bảng 4.3 So sánh đặc tính xạ ăng-ten ME đề xuất số ăng-ten ME công bố 74 vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Ăng-ten thiết bị truyền sóng [93] Hình 1.2 Mơ hình tương đương cho hệ thống ăng-ten hình 1.1 [93] Hình 1.3 Hiện tượng sóng đứng .3 Hình 1.4 Điện trường từ trường trường khu xa .4 Hình 1.5 Hệ thống tọa độ để phân tích ăng-ten [93] Hình 1.6 Giản đồ xạ ăng-ten [93] Hình 1.7 Các búp sóng ăng-ten xạ hướng tính [93] Hình 1.8 Sơ đồ mạch tương đương LC mơ hình: (a) PRH, (b) PLH, (c) CRLH [95] .14 Hình 1.9 Đồ thị tán sắc đường truyền: (a) PRH, (b) PLH (c) CRLH [95] 15 Hình 1.10 Sơ đồ mạch tương đương đồ thị phân tán đường truyền CRLH cân [95] 16 Hình 1.11 Mơ hình vật liệu hấp thụ kết mơ đo đạc [96] 19 Hình 1.12 a) Ăng-ten lưỡng cực điện phẳng, b) Ăng-ten ¼ bước sóng, c) Ăng-ten lưỡng cực điện từ [97] .21 Hình 1.13 Ảnh hưởng chiều dài lưỡng cực điện phẳng L đến tần số cộng hưởng [97] 23 Hình 2.1 Một số dạng cuộn cảm mạch dải 26 Hình 2.2 Một số cấu trúc tụ điện mạch dải 26 Hình 2.3 Một dạng cấu trúc siêu vật liện điện từ 27 Hình 2.4 Lưu đồ thiết kế ăng-ten đơn đề xuất 28 vii Hình 2.5 Cấu trúc EBG dạng hình nấm 30 Hình 2.6 Một số dạng cấu trúc DGS: (a) Xoắn hai đầu, (b) Mũi tên, (c) Khe chữ H, (d) Vịng hở hình vng với khe nối giữa, (e) Quả tạ vòng hở (f) Zíc-zắc 31 Hình 2.7 Cấu trúc đường vi dải 32 Hình 2.8 Cáp đồng trục 34 Hình 2.9 Mơ hình tiếp điện khe .35 Hình 2.10 Các loại chia cơng suất chữ T: (a) Ống dẫn sóng chữ T theo mặt phẳng E, (b) Ống dẫn sóng chữ T theo mặt phẳng H, (c) Bộ chia chữ T vi dải [98] 36 Hình 2.11 Mơ hình đường truyền chia công suất chữ T không tổn hao [98] 37 Hình 2.12 Các phương pháp phân tích trường điện từ 38 Hình 2.13 Những phần tử hữu hạn điển hình: (a) Một chiều, (b) Hai chiều, (c) Ba chiều 39 Hình 2.14 Cách chia phần tử hữu hạn HFSS: (a) thành tam giác bề mặt, (b) thành tứ diện không gian ba chiều 40 Hình 3.1 Mơ hình ăng-ten vi dải: (a) nhìn từ xuống, (b) nhìn từ mặt bên .45 Hình 3.2 Mơ hình ăng-ten vi dải nhìn từ mặt bên có cổng kích thích 46 Hình 3.3 Hình ảnh mơ 3D hồn thiện 46 Hình 3.4 Mơ hình mạch kích thước vi phân: (a) Đường truyền siêu vật liệu ENG, (b) Đường truyền siêu vật liệu DNG (𝑍𝐸𝑁𝐺′, 𝑍𝐷𝑁𝐺′, 𝑌′ trở kháng dẫn nạp đơn vị chiều dài) [100] 47 Hình 3.5 Đường cong tán xạ [101] 48 Hình 3.6 Mơ hệ số S11 ăng-ten đơn với giá trị chiều dài a khác đoạn DPS 50 viii Hình 3.7 Mơ hệ số S11 ăng-ten đơn với giá trị chiều rộng wp khác đoạn DPS 50 Hình 3.8 Mơ hệ số S11 ăng-ten đơn với giá trị bán kính cột nối kim loại r khác .50 Hình 3.9 Mơ hệ số S11 ăng-ten đơn với giá trị khe hở g khác đoạn DPS 50 Hình 3.10 Kết mơ phân bố dịng điện ăng-ten đơn tần số 28 GHz 51 Hình 3.11 Kết mơ ăng-ten đơn: (a) Hệ số phản xạ S11; (b) Đồ thị xạ 52 Hình 3.12 Tính tốn lý thuyết kích thước mạng tiếp điện T-Junction 1:2 tần số 28 GHz (các kích thước đơn vị mm) 53 Hình 3.13 Ăng-ten mảng chiều phần tử với mạng tiếp điện T-Junction (các kích thước đơn vị mm) 54 Hình 3.14 Kết mô ăng-ten mảng phần tử: (a) Hệ số phản xạ S11; (b) Đồ thị xạ ăng-ten mảng phần tử 55 Hình 3.15 Ăng-ten mảng chiều phần tử: (a) Bộ chia công suất T-Junction 1:4; (b) Ăng-ten mảng chiều phần tử 55 Hình 3.16 Kết mô ăng-ten mảng phần tử: (a) Hệ số phản xạ S11; (b) Đồ thị xạ mảng ăng-ten phần tử 56 Hình 3.17 Mẫu chế tạo ăng-ten mảng: (a) phần tử, (b) phần tử .57 Hình 3.18 Kết đo thực nghiệm hệ số phản xạ S11 Ăng-ten mảng: (a) phần tử, (b) phần tử .58 ix Hình 4.1 Mơ hình ăng-ten lưỡng cực điện từ đề xuất: (a) toàn cảnh, (b) mặt cắt ngang, (c) mặt 62 Hình 4.2 Phân bố dịng điện ăng-ten lưỡng cực điện từ tần số 38 GHz góc pha khác 63 Hình 4.3 Kết mô S11 ăng-ten ME với giá trị khác nhau: (a) chiều dài ăng-ten Ld, (b) chiều dài khe mở La 64 Hình 4.4 Mơ hệ số phản xạ S11 ăng-ten ME đề xuất tối ưu 38 GHz 65 Hình 4.5 Mơ đồ thị xạ ăng-ten ME đề xuất tối ưu 38 GHz .65 Hình 4.6 Kết mô độ lợi thực ăng-ten ME đơn 66 Hình 4.7 Mơ hình mạng tiếp điện sử dụng chia công suất chữ T: (a) 1:4, (b) 1:8 68 Hình 4.8 Kết mơ tham số tán xạ S chia công suất chữ T băng thông rộng: (a) 1:4, (b) 1:8 69 Hình 4.9 Mơ hình ăng-ten mảng ME chiều: (a) phần tử, (b) phần tử 71 Hình 4.10 Hệ số phản xạ S11 ăng-ten mảng ME: (a) phần tử, (b) phần tử 72 Hình 4.11 Đồ thị xạ ăng-ten mảng ME: (a) phần tử, (b) phần tử 72 Hình 4.12 Độ lợi chuẩn hố ăng-ten mảng ME: (a) phần tử, (b) phần tử 73 Hình 4.13 Độ lợi thực ăng-ten mảng: (a) phần tử, (b) phần tử 73 x ... phần tử xạ mảng ăng-ten vi dải [58-61], ăng-ten ống dẫn sóng [62-66], ăng-ten lưỡng cực điện từ [67- 69], … Một số khác sử dụng hộp cộng hưởng kim loại [70, 71], cấu trúc siêu vật liệu điện từ. .. thước sử dụng siêu vật liệu điện từ cho phần tử xạ đơn mảng thiết kế ăng-ten mảng có độ lợi xvi lớn, hiệu suất cao sử dụng nhiều loại ăng-ten khác kết hợp với cấu trúc siêu vật liệu điện từ để... thiết kế ăng-ten mảng vi dải phẳng sử dụng siêu vật liệu điện từ để thu nhỏ kích thước nâng cao đặc tính xạ cho hệ thống thơng tin mmW Phân tích, thiết kế ăng-ten mảng lưỡng cực điện từ sử dụng