Tóm tắt luận án tiến sĩ kỹ thuật nghiên cứu, phát triển bộ lọc thông dải, bộ chia công suất, anten sử dụng đường truyền phức hợp, vòng cộng hưởng và hiệu ứng viề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐẶNG NHƯ ĐỊNH NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN BỘ LỌC THÔNG DẢI, BỘ CHIA CÔNG SUẤT, ANTEN SỬ DỤNG ĐƯỜNG TRUYỀN PHỨC HỢP, VÒNG CỘNG HƯỞNG VÀ HIỆU ỨNG VIỀN CỦA SIÊU VẬT LIỆU Chuyên ngành: Kỹ thuật Viễn thơng Mã số: 62520208 TĨM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THƠNG Hà Nội – 2017 Cơng trình hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: TS HOÀNG PHƯƠNG CHI PGS TS ĐÀO NGỌC CHIẾN Phản biện 1:……………………………………………… Phản biện 2:……………………………………………… Phản biện 3:……………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Trường họp Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Vào hồi … giờ, ngày … tháng … năm ……… Có thể tìm hiểu luận án thư viện: Thư viện Tạ Quang Bửu – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Thư viện Quốc gia MỞ ĐẦU Siêu vật liệu điện từ ứng dụng thiết kế mô-đun siêu cao tần Kỹ thuật siêu cao tần có tiến vượt bậc năm gần không ngừng phát triển Công nghệ vi dải in đế điện môi đời giải vấn đề thu nhỏ kích thước anten, đồng thời mở xu hướng thiết kế mô-đun siêu cao tần khác lọc cao tần thụ động, chia công suất, ghép định hướng, v.v nhằm nâng cao khả tích hợp mơ-đun siêu cao tần vào thiết bị hệ thống truyền thông vô tuyến Trong thiết kế mô-đun siêu cao tần sử dụng công nghệ mạch dải, chẳng hạn anten vi dải thơng thường kích thước anten phải lớn xấp xỉ phần tư bước sóng (λ/4) dải tần hoạt động Điều khơng phù hợp kích thước λ/4 cịn lớn so với kích thước ngày nhỏ gọn thiết bị Năm 2000, nhóm nghiên cứu gồm có Smith, Schultz đồng nghiệp chứng minh tạo loại vật liệu có chiết suất âm (n > 0) chiết suất dương ( > 0) Ta có mối quan hệ số điện môi độ từ thẩm [14]: (1.1) √ < < Điều bảo đảm công thức câu hỏi đặt nguyên lý động lực học vật liệu có < < có khác với nguyên lý động lực học vật liệu thông thường ( > > 0) Áp dụng phương trình Maxwell [14]: (1.2) Ta có phương trình sau: (1.3) Từ phương trình (1.2) (1.3) thấy , , xác định theo quy tắc bàn tay phải vật liệu có > > xác định theo quy tắc bàn tay trái với vật liệu có < < Với lý mà gọi vật liệu “left-handed materials” Ngồi có tên gọi khác cho loại vật liệu “backward wave” để diễn tả sóng truyền ngược với hướng lượng điện từ trường Cịn vật liệu thơng thường “right-handed materials” Để ngắn gọn ta kí hiệu metamaterials MTM, left-handed LH vật liệu thông thường RH Vectơ Poynting xác định theo quy tắc bàn tay phải với , : (1.4) Và hướng vectơ vận tốc pha trùng với hướng vectơ sóng Nhưng hướng vectơ vận tốc nhóm hướng với vectơ Poynting Vì mà vectơ vận tốc pha vectơ vận tốc nhóm ngược hướng số điện môi độ từ thẩm âm ( < < 0) Ngược lại mà vật liệu có vận tốc pha vận tốc nhóm ngược pha ta nói vật liệu có đặc tính có < < Từ ta có cặp dấu ( , ) tạo thành bốn miền hệ toạ độ ,  Trong miền I ( > > 0) vật liệu thơng thường  Trong miền thứ II ( < > 0) biết đến vật liệu plasma Vật liệu làm từ hệ dây kim loại xếp tuần hoàn tần số hoạt động nhỏ tần số plasma kích thích sóng có vectơ điện trường dọc theo trục  Trong miền thứ III ( < < 0) MTM hay left-handed materials Có thể tạo vật liệu kết hợp tính chất vật liệu plasma điện plasma từ  Trong miền thứ IV ( > < 0) loại vật liệu mà từ trước khó làm từ chất đồng Đến có số cấu trúc đề xuất như: vòng từ cộng hưởng có khe hẹp, cấu trúc hình chữ S, , cấu trúc ngắn đặt song song ngăn cách lớp điện môi 1.3 Đường truyền siêu vật liệu điện từ phức hợp CRLH TL Siêu vật liệu điện từ cấu trúc đồng hiệu dụng, chúng dạng đường truyền dẫn chiều (1D) có cấu trúc hai chiều (2D) Dạng đường truyền lý tưởng đường truyền không thay đổi dọc theo hướng truyền Nếu truyền tín hiệu tần số từ đến vơ gọi dạng đồng lý tưởng Hình 1.7 biểu diễn mơ hình đường truyền đồng lý tưởng Hình 1.7 Dạng đường truyền tín hiệu dọc theo trục Hình 1.8 Sơ đồ mạch tương đương cấu trúc CRLH TL thông thường không tổn hao Sự khác biệt TL đồng lý tưởng với TL đồng lý tưởng hiệu dụng cho , sau coi , với kích thước trung bình phần tử đơn vị bước sóng đường truyền 1.3.1 Những đặc tính đường truyền siêu vật liệu Cấu trúc CRLH TL không tổn hao thể hình 1.8 Nếu thành phần LH ⁄( ) ⁄( ) khơng, hay hay cịn có thành phần khác khơng mơ hình hình 1.8 rút gọn thành mơ hình đường truyền RH thông thường Ngược lại thành phần RH khơng ( ) ta thu cấu trúc đường truyền LH Và tần số cộng hưởng nối tiếp song song xác định √ √ rad/s (1.13a) rad/s (1.13b) Ở hình 1.9 biểu diễn biến đổi đường cong tán sắc CRLH thành đường cong tán sắc đường truyền PRH PLH tương ứng dải tần số thấp dải tần số cao Trong hình 1.9 ta thấy có xuất khe hở đồ thị cấu trúc CRLH Khe hở tạo khác tần số cộng hưởng song song nối tiếp, xuất ta gọi CRLH TL chưa cân bằng, tần số ta gọi CRLH TL cân khe hở đóng lại Hình 1.9 So sánh lượng truyền CRLH, PRH PLH theo hướng dương 1.3.2 Cộng hưởng cân không cân CRLH thể đặc tính thú vị tuỳ theo trường hợp cân hay không cân Khi hay , ta gọi trường hợp cân cịn , ta gọi trường hợp khơng cân Xét trường hợp không cân ) (1.22a) min( (LH thông dải) ) ) (1.22b) min( max( ) (1.22c) max( (RH thông dải) Ngược lại, trường hợp cân ( ), khe hở bị đóng lại mơ tả hình 1.11(b) trở kháng đặc tính khơng phụ thuộc vào tần số (1.23) Điều có nghĩa điều kiện cân cho phép phối hợp trở kháng dải tần 1.3.3 Mạng LC bậc thang p p p Cấu trúc CRLH TL khơng sẵn có tự nhiên, cấu trúc CRLH TL đồng hiệu dụng hoạt động dải tần giới hạn thiết kế dạng N mạng bậc thang Với tần số cộng hưởng nối tiếp song song định nghĩa tương l = Np tự trường hợp đồng lý tưởng phương trình (1.13) Dãy tầng phần tử đơn vị tương đương với CRLH TL lý g , Zc tưởng có chiều dài với điều kiện mơ tả hình 1.14 Tuy nhiên thực l ⁄ mạng tế, coi Hình 1.14 Sự tương đương mạng cầu thang chu kỳ với TL lý tưởng TL lý tưởng dải tần giới hạn 1.3.4 Lý thuyết bước sóng vơ hạn cấu trúc chu kỳ Để thiết kế loại anten phẳng cộng hưởng mà khơng phụ thuộc kích thước vật lý cấu trúc TL phải hỗ trợ bước sóng vơ hạn Cấu trúc CRLH TL có khả đáp ứng điều ( ) nên sử dụng để thiết kế Áp dụng điều kiện bờ chu kỳ định lý Block-Floquet ta có: ( ) ( ( )) (1.34) Thơng thường tần số cộng hưởng nối tiếp song song không có hai tần số mà có hai điểm hỗ trợ bước sóng vô hạn Bằng cách xếp tầng phần tử đơn vị CRLH TL lần ta CRLH TL dạng cầu thang có chiều dài mơ tả hình 1.14, với điều kiện cộng hưởng: (1.35) Với số mode cộng hưởng nguyên dương, nguyên âm chí khơng Trong trường hợp = bước sóng vơ hạn hỗ trợ điều kiện cộng hưởng không phụ thuộc vào chiều dài CRLH TL 1.4 Các phần tử cộng hưởng siêu vật liệu điện từ Ngoài cấu trúc siêu vật liệu sử dụng phương pháp đường truyền, cịn có loại cấu trúc siêu vật liệu dựa cộng hưởng bước sóng thành phần, chủ yếu sử dụng cộng hưởng vịng hở (SRR) Mơ hình gốc lần đề xuất Pendry Một số phương pháp thiết kế phần tử cộng hưởng dựa SRR phát triển áp dụng cho số ứng dụng siêu cao tần 1.4.1 Bộ cộng hưởng vòng hở (SRR) Một cấu trúc cộng hưởng vòng hở SRR ghép cạnh đơn giản hình thành hai vịng kim loại hở đồng tâm mơ tả hình 1.18 t L d c Độ rộng e C C (a) (b) (c) Hình 1.18 SRR thơng số kích thước bản: (a) Dạng hình trịn, (b) Dạng hình vng, (c) Sơ đồ mạch tương đương Mạch tương đương có độ tự cảm sau: điện dung kết hợp với nửa SRR mơ tả (1.37) Với bán kính trung bình SRR ( ) điện dung đơn vị chiều dài dọc theo khe hai vòng tròn SRR Điện dung tổng hợp hai nửa SRR, Tần số cộng hưởng tính sau: (1.39) 1.4.2 Bộ cộng hưởng vịng hở mở (OSRR) Cấu trúc OSRR bắt nguồn từ rext cấu trúc cộng hưởng vòng xoắn SR, ro xây dựng biểu diễn hình 1.20 Giá trị điện dung cộng hưởng OSRR c d CS LS giá trị điện dụng cộng hưởng xoắn SR gấp lần giá trị điện dung Hình 1.20 Phần tử vịng cộng hưởng hở mở OSRR cộng hưởng SRR, giá trị điện cảm sơ đồ mạch tương đương OSRR tương tự SRR Vì vậy, tần số cộng hưởng OSRR nửa so với tần số cộng hưởng phần tử SRR hay phần tử có chiều dài điện nhỏ so với SRR hai lần Đặc tính góp phần nâng cao khả ứng dụng OSRR vào thiết kế mơ-đun siêu cao tần thụ động có kích thước nhỏ gọn Cụ thể, cấu trúc vòng cộng hưởng hở mở OSRR lựa chọn để thiết kế lọc thơng dải băng rộng có kích thước nhỏ gọn chương luận án 1.5 Hiệu ứng viền siêu vật liệu 1.5.1 Tính chất hiệu ứng viền Mơ hình biểu diễn hiệu ứng viền L t siêu vật liệu trình bày hình 1.21 Một cách đơn giản hóa, hiệu ứng viền tạo er h phân bố dịng điện tích mép ngồi Mặt phẳng đế mặt dẫn điện môi, làm cho chiều dài Hình 1.21 Hiệu ứng viền siêu vật liệu vật lý vật dẫn tăng lên khoảng (1.40) độ gia tăng chiều dài hiệu ứng viền, Trong đó, chiều dài thực vật dẫn, chiều dài điện thực vật dẫn Độ gia tăng chiều dài làm thay đổi diện tích giới hạn mode sóng ống dẫn sóng Ta tính tốn độ gia tăng thơng qua cơng thức: ( ( Trong đó, )( )( số điện môi hiệu dụng, ) (1.41) ) độ dày đế điện môi Mỗi tần số độ rộng miền tích cực khác cho ta độ gia tăng chiều dài khác 1.5.2 Ảnh hưởng hiệu ứng viền đến khả cộng hưởng miền diện tích Hình 1.22 biểu diễn mơ hình tượng trưng cho mối quan hệ hiệu ứng viền đến khả cộng hưởng miền diện tích bất kỳ, độ dài gia tăng cơng thức (1.41), cịn khoảng cách miền kích thích miền diện tích Quan sát hình 1.22(a), độ gia tăng chiều dài miền kích thích nhỏ khoảng cách hai miền ( ) hiệu ứng viền chưa xảy ra, nghĩa miền diện tích đặt gần miền kích thích chưa cộng hưởng Ngược lại, hiệu ứng viền xảy ra, trường hợp miền diện tích kéo dài miền kích thích tiếp xúc kéo sang phủ miền diện tích làm cho miền cộng hưởng mơ tả hình 1.22(b) Như vậy, tùy thuộc vào chiều dài miền diện tích gia tăng có tiếp xúc bao phủ miền diện tích mà hiệu ứng viền xảy miền diện tích cộng hưởng Vì vậy, điều kiện để hiệu ứng viền xảy là: (1.42) Miền gia tăng chiều dài kích thích Miền gia tăng chiều dài kích thích Miền chưa cộng hưởng Miền kích thích Miền cộng hưởng Miền kích thích DL DL=d d (a) (b) Hình 1.22 (a) Miền diện tích chưa cộng hưởng, (b) Miền diện tích cộng hưởng Như vậy, cách tạo miền tích cực khác nhau, ta tạo cộng hưởng với tần số khác Đây sở lý thuyết giải pháp đề xuất nhằm ứng dụng để phân tích, thiết kế mơ hình anten lọc thơng dải chương 1.6 Ứng dụng siêu vật liệu điện từ thiết kế mô-đun siêu cao tần thụ động 1.6.1 Bộ lọc thông dải Trong thiết kế lọc thông dải siêu vật liệu, loại đường truyền siêu vật liệu CRLH dạng cộng hưởng áp dụng rộng rãi dựa cấu trúc vòng cộng hưởng SRR, CSRR, v.v Beta-p (deg) tử siêu vật liệu ước tiếp theo, cặp dây chêm ngang thêm vào theo hướng vng góc với dây chêm ban đầu Cuối cùng, cặp dây chêm nằm ngang thay dây chêm hình tam giác 2.2.3 Kết mơ thực nghiệm 2.2.3.1 Thi t k ban đầu 200 Hình 2.7 trình bày kết mơ đồ thị tán sắc cấu trúc MTM hình 150 2.3 Đồ thị tán sắc phản ánh chuyển tiếp liên tục băng tần LH RH tần số 100 chuyển tiếp Từ hình 2.7 ta thấy rằng cấu trúc MTM hỗ trợ sóng ngược dải 50 tần Hz sóng thuận dải tần Hz Do đó, nói phần tử 1.5 2.5 3.5 Tần số (GHz) MTM hình 2.3 thể tính chất cấu trúc phức hợp CRLH Hình 2.7 Đồ thị tán sắc cấu trúc MTM hình 2.3 ộ lọc ban đầu đạt dải thông từ 1,4 đến 3,6 Hz với suy hao ch n thấp 0,67 d tồn dải thơng Kết đo mẫu chế tạo lọc ban đầu phù hợp với kết mơ 2.2.3.2 Thi t k tối ưu Kích thước tối ưu lọc thơng dải hồn thiện định thơng qua q trình tối ưu hóa theo bước thiết kế: ước (khơng có dây chêm hở mạch), bước 1, bước bước Hiệu suất tốt băng tần đạt với cấu trúc bước S11 & S21 (dB) -10 S21 -20 -30 S11 -40 Mô Thực nghiệm -50 -60 Tần số (GHz) Hình 2.14 Mẫu ch tạo lọc thơng dải đề xuất Hình 2.15 K t mơ đo thực nghiệm tham với dây chêm số S lọc đề xuất có dây chêm Bộ lọc hồn thiện thiết kế tối ưu có kích thước gọn 14 mm 12 mm Mẫu chế tạo thực nghiệm lọc hoàn thiện với nhánh dây chêm hở mạch bước trình bày hình 2.14 Các kết mơ đo thực nghiệm hệ số tán xạ lọc thơng dải băng rộng hồn thiện thể hình 2.15 Kết đo thực nghiệm cho thấy, lọc đề xuất có băng thơng -3 dB 98 suy hao ch n nhỏ 0,78 d tồn dải thơng Suy hao ch n giảm cịn -20 d tần số 3,95 GHz Có thể thấy rằng, lọc hoàn thiện với diện dây chêm hở mạch tạo mode truyền dẫn băng tần trên, điều giúp nâng cao tính chọn lọc lọc Tuy nhiên, lọc lại thể nhược điểm băng thơng nhỏ lọc ban đầu ên cạnh đó, suy hao ch n lọc hoàn thiện tăng so với lọc ban đầu Với ưu nhược điểm trên, hai lọc ban đầu lọc hồn thiện áp dụng tùy theo đặc tính băng rộng có tính chọn lọc tần số cao 11 Kết so sánh lọc đề xuất với số lọc công bố cho thấy, lọc đề xuất khơng có băng thơng -3 dB rộng, tổn hao ch n thấp mà cịn có kích thước nhỏ gọn 2.3 Anten siêu vật liệu tiếp điện ống dẫn sóng đồng phẳng ứng dụng cho hệ thống WLAN Cấu trúc đường truyền CRLH TL ứng dụng thiết kế giảm nhỏ kích thước anten siêu vật liệu cho hệ thống thông tin vô tuyến hệ Tuy nhiên, số mơ hình anten đề xuất trước có nhược điểm khó chế tạo kích thước lớn Với mục đích khắc phục vấn đề trên, chương đề xuất hai mơ hình anten đơn cực sử dụng đường truyền CRLH TL thông thường để giảm nhỏ kích thước Trong mơ hình đề xuất, cột nối kim loại cấu trúc đường truyền CRLH TL thông thường thay đường vi dải gấp khúc đặt đồng phẳng với mặt xạ phía anten 2.3.1 Thiết kế anten siêu vật liệu dựa cấu trúc CRLH phẳng Để thiết kế cấu trúc anten siêu vật liệu CRLH có cấu trúc phẳng không sử dụng cột nối kim loại, mơ hình anten vi dải tiếp điện ống dẫn sóng đồng phẳng lựa chọn Khi đó, phần xạ anten mặt phẳng đế nằm mặt phẳng Các phần tử LH RH xây dựng mơ hình anten thơng thường để tạo nên cấu trúc anten CRLH phẳng Để dễ dàng chuyển đổi sang mơ hình CRLH phẳng, xạ anten vi dải ban đầu dạng hình chữ nhật lựa chọn Mơ hình hai anten CRLH phẳng đề xuất mơ tả hình 2.19 W_s W_step W_p G2 L_p W2 G2 L_p G1 W_step L_s L_s W2 W_p W1 L_step W1 W_s G1 D2 L_gnd L_f D1 W_f X X Z Y Z Y L_gnd D2 L_step L_f D1 W_f (a) (b) Hình 2.19 Mơ hình anten đề xuất: (a) Anten_1, (b) Anten_2 Hai anten đề xuất anten siêu vật liệu dạng đường CL1 LR /2 CL2 CL2 LR /2 truyền CRLH TL thông thường biểu diễn tương đương sơ đồ mạch hình 2.20 Từ cấu trúc có sử LL1 dụng cột nối kim loại, mơ hình cấu trúc CRLH sử dụng LL2 CR anten đề xuất chuyển sang dạng đồng phẳng phần tử cộng hưởng anten đề xuất đường vi dải gấp khúc mà khơng phải xạ hình chữ nhật Hình 2.20 Sơ đồ mạch LC tương đương anten đề xuất anten vi dải thông thường Vậy, tần số cộng hưởng anten đề xuất sử dụng đường truyền CRLH TL xác định từ biểu thức (1.28b): (2.4) √ 12 2.3.2 Kết thảo luận 2.3.2.1 Khảo sát ảnh hưởng kích thước đ n k t mô Kết mô hệ số phản xạ hai anten đề xuất trình bày hình 2.21 Từ hình 2.21 ta thấy, hai anten cộng hưởng với tần số băng thông (S11 < -10 dB) thỏa mãn hệ thống WLAN 2,4 GHz (2400  2485 MHz) 0 -10 Anten không tải Anten_1 S11 (dB) S11 (dB) -10 -20 -30 Anten không tải Antenna_2 -20 -30 Anten không tải Anten_1 -40 Tần số (GHz) Anten không tải Antenna_2 -40 7 Tần số (GHz) (a) (b) Hình 2.21 Mơ hệ số phản xạ S11 anten có khơng có tải: (a) Anten_1,(b) Anten_2 Để đánh giá ảnh hưởng cấu trúc CRLH đến khả giảm kích thước anten siêu vật liệu đề xuất, hai anten khảo sát trường hợp có sử dụng cấu trúc CRLH khơng có sử dụng cấu trúc CRLH, gọi tắt anten không tải Lưu ý rằng, anten CRLH chuyển thành anten không tải giá trị G1 = Các kết mô hai trường hợp Anten_1 Anten_2 biểu diễn tương ứng hình 2.21(a) 2.21(b) Ta thấy rằng, hai anten sử dụng cấu trúc CRLH đạt cộng hưởng dải tần số thấp nhiều so với anten không tải Cụ thể, từ giá trị tần số cộng hưởng trung tâm anten trường hợp, sử dụng CRLH Anten_1 giảm kích thước 2,58 lần Anten_2 giảm 2,62 lần so với trường hợp anten khơng tải Như vậy, mơ hình anten siêu vật liệu đề xuất thể khả giảm kích thước tốt so với anten thông thường 2.3.2.2 K t thực nghiệm Hai mơ hình anten chế tạo, đo thực nghiệm so sánh với mẫu anten vi dải Kết so sánh cho thấy Anten_1 giảm kích thước tổng thể xạ so với anten vi dải thông thường 80% 76%, độ giảm kích thước tương ứng Anten_2 85% and 93% S11 (dB) -5 -10 -15 -20 -30 Anten_1 Anten_2 Anten tham khảo -35 2.2 2.3 -25 2.4 2.5 2.6 2.7 Tần số (GHz) Hình 2.27 Mẫu ch tạo hai anten đề xuất anten Hình 2.28 K t đo thực nghiệm hệ số S11 vi dải tham khảo mẫu anten ch tạo 13 Phép đo thực nghiệm thực máy phân tích mạng PNA-X Keysight Network Analyzer với dải tần đo từ 125 MHz đến 26,5 Hz Theo đó, dải tần hoạt động đo Anten_1 Anten_2 tương ứng (2,42  2,49) (2,40 2,47) Hz, giá trị anten vi dải từ 2,43 đến 2,52 GHz 2.4 Bộ chia công suất Bagley Polygon phẳng nhỏ gọn sử dụng cấu trúc CRLH TL Trong nghiên cứu này, chia công suất Bagley Polygon sử dụng đường truyền CRLH dạng đồng phẳng có kích thước nhỏ gọn đề xuất Trong mơ hình khơng có phần tử thụ động cột nối kim loại Bộ chia có kích thước giảm nhỏ, chế tạo dễ dàng chi phí thấp 2.4.1 Bộ chia công suất Bagley Polygon 1:3 thông thường Bộ chia công suất Bagley Polygon N-cổng lẻ cấu trúc đối xứng sử dụng đường truyền Hình 2.29 biểu diễn chia Bagley Polygon cổng thông thường sơ đồ mạch tương đương l/4 Z0 l/2 Zh/2 Zq Z0/2 Z0 (a) (b) Hình 2.29 Bộ chia Bagle Pol gon 1:3 thông thường: a) Sơ đồ ngu n lý, (b) Sơ đồ mạch tương đương Trong mơ hình chia cơng suất này, trở kháng đặc tính đường truyền , cổng chia tương ứng , Do tính đối xứng mạch, trở kháng đoạn nối cổng trở kháng vào cổng Trở kháng nhìn vào cổng phối hợp trở kháng √ Giá trị trở , trở kháng đặc tính đoạn biến đổi ¼ bước sóng đầu vào kháng đoạn đường truyền chọn 2.4.2 Thiết kế chia công suất Bagley Polygon 1:3 phẳng nhỏ gọn sử dụng cấu trúc CRLH TL Cổng Cổng Cổng fl g cw g1 lw cl ll pl pw ls dl dw fw Cổng Hình 2.30 Mơ hình chia BPD đề xuất 14 dh cs Thiết kế chia công suất PD biểu diễn hình 2.30 Bộ chia in đế điện môi FR4 với số điện mơi 4.4 kích thước 35,5 × 29 × 1,6 mm3 Mặt chia mơ tả hình 2.30, mặt chia công suất mặt phẳng đất Bộ chia thiết kế để hoạt động dải tần hệ thống thông tin di động 3G (1,92  2,17 GHz) 4G (2,50  2,69 GHz) LR CL Sơ đồ mạch tương đương mắt xích đường truyền biểu diễn hình 2.31 Đây đường truyền cộng hưởng bậc khơng (ZOR), đường nối LL CR trực tiếp phần điện cảm xuống đất cấu trúc Cg thông thường thay tụ ghép thơng qua đất Hình 2.31 Mơ hình mạch tương đương ảo có giá trị tụ điện lớn , giá trị có từ phần kim phần tử đường truyền CRLH loại có diện tích lớn 2.4.3 Kết mơ thảo luận Tham số tán xạ S (dB) Các kết mô tham số tán xạ chia đề xuất có hình -5 2.32 Kết cho thấy chia chia ba cổng với hệ số tổn hao truyền đạt nhỏ -10 5,3 dB qua dải thông từ 1,85 đến 2,7 GHz Tổn S11 hao ngược cổng vào lớn 10 d -15 S21 S31 tồn dải thơng Như vậy, dải tần hoạt động S41 -20 chia cơng suất BPD bao phủ hồn tồn 1.5 2.0 2.5 3.0 dải tần hệ thống thông tin di động 3G Tần số (GHz) 4G Hình 2.32 Tham số tán xạ chia BPD Có thể thấy từ mơ hình đề xuất chia BPD hình 2.30, độ dài đoạn đường truyền cổng vào cổng lân cận xấp xỉ 15 mm, tương ứng với khoảng độ dài điện λ/8 tần số 2,275 GHz Điều thể ưu điểm giảm thiểu kích thước chia đề xuất Thêm vào đó, dải thơng hoạt động chia 850 MHz, dải tần tăng lên nhiều so với sử dụng đường truyền λ/4 mạng phối hợp 2.5 Tổng kết chương Chương thiết kế thành công lọc thông dải băng rộng, anten vi dải chia công suất Bagley Polygon 1:3 sử dụng cấu trúc đường truyền CRLH TL thông thường Kết đo thực nghiệm hai mẫu anten thiết kế tối ưu cho thấy hai anten đề xuất hoạt động dải tần số đáp ứng dải tần hệ thống WLAN với tổng kích thước giảm nhỏ 80% 85% so với anten vi dải thông thường Với việc sử dụng CRLH TL dạng phẳng, chia công suất thực giảm nhỏ kích thước so với chia Bagley Polygon cổng thông thường CHƯƠNG GIẢI PHÁP THIẾT KẾ BỘ LỌC THÔNG DẢI VÀ ANTEN ĐA BĂNG TẦN SỬ DỤNG HIỆU ỨNG VIỀN CỦA SIÊU VẬT LIỆU 3.1 Giới thiệu chương Chương đưa giải pháp thiết kế mô-đun siêu cao tần dựa hiệu ứng viền siêu vật liệu Đây hiệu ứng tạo nên biến thiên vectơ cường độ điện trường từ miền vật dẫn có 15 dịng kích thích (miền tích cực) đến miền diện tích cần kích thích cộng hưởng Khi chiều dài điện miền kích thích gia tăng thêm đoạn chiều dài, đồng nghĩa với việc diện tích miền kích thích mở rộng Khi độ gia tăng chiều dài miền tích cực lớn khoảng cách miền miền diện tích cần kích thích hiệu ứng viền xảy làm cho miền diện tích cần kích thích cộng hưởng Để chứng minh cho phương pháp thiết kế đề xuất, chương tập trung vào thiết kế lọc thông dải anten hoạt động đa băng tần 3.2 Bộ lọc thông dải đa băng tần sử dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu Trong thiết kế lọc thông dải ba băng tần trước đây, nghiên cứu thường sử dụng cộng hưởng trở kháng bậc, kết hợp SIR cấu trúc mặt đế không hồn hảo, sử dụng phân tích mode chẵn-lẻ, cộng hưởng nửa bước sóng, v.v Tuy nhiên, số cấu trúc đề xuất sử dụng phương pháp có kích thước lớn khó chế tạo sử dụng cột nối kim loại ngắn mạch Việc cột nối kim loại đặt lịng điện mơi gây thành phần điện kháng phụ, làm thay đổi tần số cộng hưởng khơng có tính tốn vật lý xác Bên cạnh đó, sai số xuất việc chế tạo cột nối kim loại Điều gây ảnh hưởng không nhỏ đến kết đo thực nghiệm Trong chương này, luận án đề xuất phương pháp thiết kế lọc thông dải đa băng tần hoàn toàn sử sụng hiệu ứng viền siêu vật liệu với mục tiêu tạo khoảng cách nhỏ nhất, mà tần số cộng hưởng qua Từ làm cho miền diện tích giới hạn biến đổi theo băng tần, tạo thành cấu trúc đa băng tần mong muốn 3.2.1 Mơ hình lọc ba băng tần Để áp dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu vào thiết kế lọc ba băng tần, mô hình lọc đề xuất cần có phần tử kích thích hai phần tử cộng hưởng ghép lân cận với phần tử Khoảng cách ghép phần tử kích thích hai phần tử ký sinh tính tốn để tạo cộng hưởng dải tần hệ thống WLAN (2,45/5,2 GHz) WiMAX (3,5 GHz) Trên sở đó, mơ hình cấu trúc lọc ba băng tần đề xuất trình bày hình 3.1 Tồn cấu trúc in hai mặt đế điện môi ROOGER TM3010 với hệ số điện môi = 10,2 độ dày = 1,26 mm Bô lọc đề xuất gồm đường vi dải tiếp điện nối với vịng kích thích vng có chiều dài cạnh Hai thành phần cộng hưởng gồm phần diện tích ghép đồng phẳng với vịng kích thích tương ứng với khoảng cách Với thiết kế này, phần diện tích lớp có vai trị mặt đế cho cổng kích thích lớp ngược lại Kích thước giới hạn lọc 20 mm × 20 mm lS1 wS2 ST1 lS3 lS2 Lớp Cổng d2 wS1 W wf d1 ST1 Kích thích a2 Lớp Cổng lf lS ST2 wS a1 L Hình 3.1 Cấu trúc lọc ba băng tần đề xuất không gian ba chiều (hình trái) hai chiều (hình phải) Hiệu ứng viền vật liệu làm cho khả cộng hưởng yếu tố kích thích lan rộng xung quanh khoảng Nếu khoảng cách đủ lớn khoảng cách vật lý yếu tố 16 kích thích miền diện tích đó, kéo theo miền diện tích cộng hưởng Nếu gọi diện tích dẫn xạ tương ứng mode tần số khác biến nhận giá trị hoặc hai giá trị chiều dài gia tăng hiệu ứng viền Tần số cộng hưởng tính toán sau: ( ) ( ) (3.3) Kết hợp với hiệu ứng viền ta được, ; Trong đó, sai số diện tích hiệu ứng viền khơng bao phủ hồn tồn diện tích cộng hưởng ( )( ( ) )( (3.4) ) Với số nửa bước sóng tương ứng với mode tần số cộng hưởng Dựa vào thay đổi giá trị gia tăng khoảng cách hiệu ứng viền tần số, ta sử dụng biến diện tích theo tần số Vì việc tạo nên cấu trúc đa băng đơn giản 3.2.2 Tính tốn lý thuyết Cấu trúc lọc ba băng tần đề xuất luận án xây dựng dựa mơ hình phân tích trường lịng ống dẫn sóng với miền giới hạn động Trước tiên giá trị cơng thức (3.4) tính tương ứng với tần số thiết kế Từ đó, ta xác định vùng diện tích cộng hưởng lọc thơng qua mối quan hệ khoảng cách với  Tại 2,45 GHz, 1,26 mm, ta có 0,76 mm Vậy, nên không xảy cộng hưởng  Tại 3,5 Hz, 1,26 mm, ta có 1,05 mm Vậy, , diện tích cộng hưởng , diện tích khơng cộng hưởng  Tại 5,2 Hz, 1,26 mm Hiệu ứng viền xảy mạnh mẽ so với 3,5 GHz giá trị tăng lên Theo nguyên lý cộng hưởng, thành phần diện tích lúc đồng thời đóng vai trị kích thích tạo lên với tọa độ ban đầu so với viền gây lên vịng kích thích khoảng Trong trường hợp này, mm Vì nên diện tích , cộng hưởng Tần số cộng hưởng lọc xác định sau: ( ( ) ) ( ) Với số bó sóng phân bố theo chiều ngang chiều dọc ( Khi : (mm2) Vì ( ) nên ta coi , mm (chọn sóng ) Tương tự với hai tần số cịn lại, ta có ( Khi đó: ) ( ) (mm2) 17 ( ) ) , tương ứng với mode , cho điều kiện tồn mode sóng ( Hay mm Từ ta chọn giá trị kích thước tương ứng ( ) ( mm2 ) , ta có ) ( ) (mm2), cho điều kiện tồn mode sóng ( ), ta có: mm2 hay mm2 3.2.3 Kết mô thực nghiệm Với hiệu ứng viền siêu vật liệu, xảy trường hợp ba băng tần số Tại băng tần 2,45 GHz, theo kết tính tốn lý thuyết khoảng cách nên trường xạ từ vịng kích thích khơng gây nên cộng hưởng diện tích Điều thể kết mô hình 3.6(a) Tại băng tần 3,5 GHz, với , diện tích cộng hưởng, phần diện tích khơng cộng hưởng khoảng ghép lớn độ gia tăng Cuối băng tần 5,2 GHz, diện tích miền sử dụng bao gồm khoảng cách Các kết mơ hình 3.6(b) 3.6(c) hồn tồn phù hợp với tính tốn lý thuyết Như vậy, lý thuyết sử dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu để tạo nên miền diện tích giới hạn động mơ hình ống dẫn sóng hữu hạn hoàn toàn khả thi đắn (a) (b) (c) Hình 3.6 K t mơ vectơ cường độ điện trường bề mặt lọc tần số: (a) 2,45 GHz, (b) 3,5 GHz (c) 5,2GHz 18 -5 -10 S11&S21 (dB) Kết đo thực nghiệm tham số tán xạ mẫu chế tạo lọc đề xuất, trình bày hình 3.10, thực máy phân tích mạng PNA-X Keysight Network Analyzer với dải tần đo từ 125 MHz đến 26,5 GHz Từ hình 3.10 ta thấy, lọc có ba dải thông đạt trung tâm 2,42 GHz, 3,5 GHz 5,16 Hz tương ứng với hệ số phản xạ 26,4 d , 17,7 d 19,6 d Trong đó, tổn hao chèn tần số trên, (bao gồm suy hao từ hai cổng nối SMA) 0,63 dB, 1,34 dB 1,76 dB Các kết so sánh với số lọc thông dải ba băng tần công bố trước cho thấy lọc đề xuất có kích thước nhỏ gọn với hệ số tổn hao ngược tổn hao ch n tương đối tốt -15 -20 -25 -30 -35 -40 2.0 Mô Thực nghiệm 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 4.4 4.8 5.2 5.6 Taà n số (GHz) Hình 3.8 Mẫu ch tạo với kích thước đ điện môi 22 mm  22 mm k t đo thực nghiệm tham số tán xạ 3.3 Anten đa băng tần sử dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu Phần đề xuất ứng dụng giải pháp hiệu ứng viền vào thiết kế anten đa băng tần, kết hợp với nguyên lý tự tương hỗ, tính tốn để triệt tiêu hài, từ tạo dải tần số cộng hưởng đơn mode Giải pháp thiết kế hồn tồn khơng sử dụng nhiều nhánh cộng hưởng khác không sử dụng khe khoét để tạo mode cộng hưởng nghiên cứu đề xuất trước 3.3.1 Phân tích tính tốn hiệu ứng viền anten đa băng tần 3.3.1.1 Hiệu ứng viền anten đa băng tần Trong thiết kế anten đa băng tần, nguyên lý giải pháp tạo nhiều mode cộng hưởng mơ hình đề xuất Mơ hình anten đa băng tần có sử dụng hiệu ứng viền hình 3.9 sử dụng để phân tích tính tốn hiệu ứng viền anten ba băng tần đề xuất l2 V2 ~ Z02 w2 DS1 wS1 V1 ~ w1 Z01 wS1 Si® (i-1) wS2 V3 ~ (i-1) i w3 Z03 Si® (i+1) wS2 l3 Vn ~ (i+1) DS2 wn Z0n dl ln Hình 3.9 Mơ hình anten có sử dụng hiệu ứng viền Hình 3.10 Mơ tả ảnh hưởng hiệu ứng viền gây mode lên mode ( ) ( ) Giả sử nguồn đầu vào anten, điều kiện lý tưởng coi hiệu suất xạ anten , bỏ qua suy hao nhiệt anten, ta có: (3.15) ( ) Gọi bước sóng cộng hưởng mode , tần số Xét ảnh hưởng hiệu ứng viền gây mode lên mode ( hình 3.10 Công suất đầu vào mode *∏ ( () ) ( ) ( ) mô tả )+ (3.18) ∑ Công suất truyền lan điện môi ( ) Với hiệu suất xạ bước sóng cộng hưởng Xét khoảng nhỏ, coi biến đổi pha dịng điện ( Điều kiện Trong đó, Gọi ( (3.20) (3.21) )( ) )( ) cự ly ảnh hưởng hiệu ứng viền diện tích ảnh hưởng gây mode lên mode ( ∫ ), (3.23a) 19 ∫ (3.23b) Thực tế mơ hình anten đa băng tần đề xuất, mode có ảnh hưởng tương tự ( ) ( ) phân tích trên, mode cịn lại ( ) thành phần chịu ảnh hưởng hai mode gần mơ hình trình bày hình 3.11 Khi miền diện tích ảnh hưởng gây lên mode là: ⋃( Xét ảnh hưởng hiệu ứng viền gây mode ( ) ( ) lên mode mơ tả hình 3.11 bao gồm công suất truyền từ mode ( ) lên mode công suất truyền từ mode ( ) lên mode , hai thành phần công suất khác pha biên độ Cơng suất sóng vùng có độ rộng là: ) (3.24) (i-1) S(i-1)® i wsi-1 x wik i S(i+1)® i wsi+1 Sik (i+1) Hình 3.11 Mơ tả ảnh hưởng hiệu ứng viền mode ( ) ( ) lên mode (3.25) Vậy miền diện tích xâm lấn thành phần , (3.26) Với diện tích 3.3.1.2 Mơ hình anten đề xuất sơ đồ mạch tương đương Để áp dụng lý thuyết thiết kế phân tích trên, mơ hình anten đề xuất cần thiết kế dạng nhiều đoạn vi dải ghép song song nhau, đoạn tương ứng với mode cộng hưởng Trên cở sở đó, mơ hình anten lưỡng cực dạng vi dải xoắn ốc mơ tả hình 3.12 lựa chọn Anten đề xuất in đế điện môi FR4 có số điện mơi 4,4 độ dày 1,6 mm Hai nhánh vi dải xoắn ốc lớp anten thiết kế đối xứng bao gồm đoạn vi dải có bề rộng khác khoảng cách đoạn vi dải với đoạn lân cận khác Các giá trị định đến khả cộng hưởng đoạn vi dải xoắn có hiệu ứng viền xảy Mặt phẳng đế bổ sung khe khoét để không hấp thụ lượng sóng xạ hướng xuống từ anten, đồng thời thực phản xạ thành phần hướng lên phía ,3 15 l1 m m g1 l1 w1 w2 g3 w3 d1 g2 0,5 mm d1 11 mm d2 l1 L l4 l3 l2 Lỗ via mm Lỗ via W Hình 3.12 Mơ hình cấu trúc anten đa băng tần đề xuất: Mặt trước (trái) mặt sau (phải) 20 3.3.2 Kết thảo luận Để phân tích rõ vai trị phần tử cộng hưởng mơ hình anten đề xuất, mô vectơ cường độ điện trường thực trình bày hình 3.16 Ta thấy ảnh hưởng hiệu ứng viền nguyên lý tự tương hỗ giúp cho anten đề xuất cộng hưởng đoạn vi dải xoắc ốc khác với vị trí cộng hưởng tập trung khoảng ghép mép cạnh đoạn vi dải xoắn ốc Bằng việc thay đổi giá trị khoảng hở phần tử xoắn, ta điều chỉnh dải tần cộng hưởng dựa quy luật mật độ phân bố dòng (hoặc phân bố trường) anten đề xuất (a) (b) (c) Hình 3.16 K t mơ vectơ cường độ điện trường (bên trái) mật độ phân bố dòng (bên phải) anten đề xuất tần số trung tâm (a) 1,78 GHz, (b) 2,52 GHz, (c) 3,58 GHz Qua phân tích kết mơ hệ số S11 với giá trị g1, g2 g3 ta thấy rằng, thay đổi khoảng hở dẫn đến thay đổi tần số cộng hưởng kết mơ S11 hồn tồn phù hợp mật độ phân bố dòng tần số khảo sát S11 (dB) -5 -10 -15 -20 -25 Hình 3.19 Mẫu ch tạo anten đề xuất Mô Thực nghiệm Tần số (GHz) Hình 3.20 K t đo thực nghiệm hệ số S11 mẫu anten đề xuất Mẫu chế tạo thực nghiệm anten đề xuất kết đo hệ số phản xạ S11 trình bày tương ứng hình 3.19 3.20 Kết đo cho thấy mẫu anten đề xuất cộng hưởng ba dải băng tần với băng thông -10 dB (1,70 – 1,96) GHz, (2,34 – 2,57) GHz (3,43 – 3,78) GHz Các dải tần cộng hưởng mẫu anten chế tạo có sai lệch nhỏ so với kết mô ảnh hưởng suy hao mối hàn đầu nối SMA cơng nghệ chế tạo Kích thước tổng 40 mm  40 mm anten đề xuất lớn so với số mơ hình anten ba băng tần đề xuất trước [104, 113], nhiên, kích thước đủ nhỏ gọn cho ứng dụng hệ thống thông tin vô tuyến hệ 3.4 Anten hai băng tần dải rộng có kích thước nhỏ gọn sử dụng hiệu ứng viền kết hợp với cấu trúc CRLH TL Phần chương này, luận án đề xuất mô hình anten đơn cực sử dụng đường truyền CRLH TL để giảm nhỏ kích thước kết hợp với hiệu ứng viền siêu vật liệu để thiết kế cộng hưởng hai băng tần Trong mơ hình đề xuất, cột nối cấu trúc đường truyền CRLH TL thông thường thay đường vi dải gấp khúc đặt đồng phẳng với mặt xạ phía anten 21 3.4.1 Mơ hình anten đề xuất Mơ hình anten đề xuất anten vi dải đơn cực tiếp điện ống dẫn sóng đồng phẳng Anten in đế điện mơi FR4 có số điện môi = 4,4 độ dày đế = 0,8 mm W w2 ws1 ws1 lsi lss la l2 ls1 160 wc L wa dx ws1 wk lk01 lk02 l1 lk3 lk6 lk4 lk2 dy 480 ld d1 w1 Mặt sau Mặt trước Hình 3.21 Mơ hình anten siêu vật liệu đề xuất Mơ hình anten đề xuất biểu diễn tương đương theo sơ đồ mạch hình 3.22 Điện dung tạo xạ lớp kim loại lớp Thành phần điện dung tạo khe khoét chữ L ngược cạnh dọc anten khe khoét chữ T ngược cạnh ngang phía xạ, đường gấp khúc tương ứng với điện cảm CG L P /2 Điện dung tạo khoảng 2Crad1 2Crad1 ghép xạ phần diện tích kéo dài đường gấp khúc Trong thiết kế này, đường k vi dải gấp khúc tương đương với điện cảm Cin Lin Lrad1 Crad2 Lrad2 Crad2 dải tần cộng hưởng thấp tương đương điện cảm anten hoạt động dải tần cao Điều xảy ảnh Hình 3.22 Sơ đồ mạch tương đương cấu trúc hưởng hiệu ứng viền tác động lên anten đề xuất 3.4.2 Tính tốn lý thuyết 3.4.2.1 Tại tần số 2,45 GHz Trong mơ hình tương đương thể hình 3.22, giá trị cảm kháng khơng tồn dải tần số dưới, tương ứng với khóa k vị trí mạch sơ đồ tương đương hình 3.22 Khi tần số tăng, độ gia tăng chiều dài làm cho kích thước vật lý tăng so với kích thước ban đầu Dịng từ thành phần phần lan truyền qua khe hẹp sang đoạn gấp khúc hình thành lên dịng ảnh Điều kiện biên xảy hiệu ứng xác định theo công thức (1.42), Tuy nhiên trường hợp giá trị độ gia tăng chiều dài tính tần số 2,45 GHz 0,2 mm Ta thấy , hiệu ứng viền xảy không xuất dịng ảnh đoạn gấp khúc Vì vậy, tần số cộng hưởng anten tính theo cơng thức sau: (3.45) √ 22 Trong đó, ( [ ) ( ] (3.46) ) ( ) (3.49) 3.4.2.2 Tại tần số 5,5 GHz Trường hợp này, ta có = 0,262 mm Hiệu ứng viền xảy , dòng ảnh xuất đường gấp khúc biến thành cuộn cảm có điện dung , tương ứng với khóa k vị trí sơ đồ hình 3.22 Tần số cộng hưởng dải tần cao xác định sau: Thành phần thức bên dưới, (3.54) √ xác định biểu thức (3.46), ( xác định theo biểu ) (3.56) Luận án tiến hành khảo sát ảnh hưởng độ dày đế điện môi đến hiệu ứng viền anten đề xuất Kết mô cho thấy, độ dày đế 1,6 mm hiệu ứng viền xảy tương tự trường hợp đế điện môi dày 0,8 mm ta chọn giá trị phù hợp để đảm bảo trở kháng vào anten không đổi 3.4.3 Kết thảo luận Mẫu anten chế tạo thực nghiệm trình bày hình 3.28, kết đo hệ số phản xạ S11 mẫu anten biểu diễn đồ thị hình 3.29 Dải tần số cộng hưởng anten xác định dải tần số ứng với giá trị S11 nhỏ -10 d Theo đó, dải tần hoạt động đo mẫu anten (1,87  3,62) (4.85  7,52) GHz S11 (dB) -5 1,87 3,62 4,85 7,52 -10 -15 -20 Mô Thực nghiệm -25 -30 10 Tần số (GHz) Hình 3.30 Mẫu anten ch tạo thực nghiệm: Mặt Hình 3.31 K t đo thực nghiệm hệ số S11 trước mặt sau mẫu anten 3.5 Tổng kết chương Chương đề xuất thực giải pháp thiết kế thành công lọc thông dải anten hoạt động đa băng tần sử dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu dựa việc phân tích tính tốn độ gia tăng chiều dài miền kích thích (miền tiếp điện) để xác định khả bao phủ miền tới miền diện tích đặt xung quanh Các mơ hình đề xuất mơ hình theo sơ đồ tương đương, tính tốn lý thuyết, kiểm chứng kết mô đo thực nghiệm 23 KẾT LUẬN Các nội dung đề xuất luận án giới thiệu trình bày chương chương Trong đó, chương ứng dụng giải pháp cấu trúc CRLH TL phần tử cộng hưởng dạng siêu vật liệu để thiết kế mô-đun siêu cao tần thụ động bao gồm lọc thơng dải, anten chia cơng suất có kích thước nhỏ gọn, cấu trúc đơn giản dễ chế tạo Các mơ hình đề xuất chương thiết kế dạng phẳng, không sử dụng cột nối kim loại phần tử tập trung Chương đề xuất thực thành công giải pháp thiết kế lọc thông dải anten vi dải sử dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu Các mô hình đề xuất dựa phân tích tính tốn lý thuyết độ gia tăng chiều dài miền kích thích để xác định khả bao phủ (diện tích bao phủ) miền tới miền diện tích đặt xung quanh Vì vậy, miền diện tích xung quanh cộng hưởng với tần số khác phụ thuộc vào miền diện tích bao phủ tạo hiệu ứng viền Đây sở để thiết kế lọc thông dải anten đa băng tần thiết kế thành cơng chương Các mơ hình mơ-đun siêu cao tần đề xuất thiết kế luận án mô tối ưu phần mềm mô chuyên dụng khác nhau, kiểm chứng kết đo tham số tán xạ mẫu chế tạo thực nghiệm Các dải tần thiết kế luận án hướng tới hệ thống thơng tin vơ tuyến hệ nên có tính khả thi cao ứng dụng thực tế Đóng góp khoa học luận án (1) Phát triển thực giải pháp thiết kế lọc thông dải băng thơng rộng cấu trúc phẳng, kích thước nhỏ gọn sử dụng cộng hưởng vòng hở mở OSRR kết hợp với dây chêm hở mạch để tạo mode truyền dẫn nhằm cải thiện đặc tính chọn lọc cho lọc đề xuất Các kết đo thực nghiệm cho thấy mơ hình đề xuất đáp ứng yêu cầu thiết kế đề (2) Phát triển thực giải pháp thiết kế mơ-đun siêu cao tần cấu trúc phẳng, kích thước nhỏ gọn sử dụng đường truyền siêu vật liệu điện từ phức hợp (CRLH TL) thông thường Lần lượt, anten vi dải cho hệ thống WLAN chia công suất cho hệ thống thông tin 3G/2,1 GHz /2,6 Hz phân tích, thiết kế, chế tạo đo thực nghiệm Các kết đo thực nghiệm cho thấy mơ hình đề xuất đáp ứng yêu cầu thiết kế đề (3) Đề xuất thực giải pháp sử dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu để thiết kế mô-đun siêu cao tần thụ động hoạt động đa băng tần Giải pháp đề xuất cho phép tính tốn thiết kế mơ hình anten, lọc thơng dải đa băng tần dựa gia tăng chiều dài miền kích thích để cộng hưởng tới miền diện tích mong muốn mơ hình đề xuất Dựa giải pháp đề xuất, mơ hình lọc thơng dải ba băng tần WLAN 2,45/5,2 GHz WiMAX 3,5 GHz anten vi dải xoắn ốc hoạt động ba băng tần cho 4G/1,8 GHz, WLAN/2,4 GHz WiMAX/3,5 GHz thiết kế thành cơng Ngồi ra, giải pháp hiệu ứng viền sử dụng để phân tích thiết kế mơ hình anten vi dải dạng phẳng có kích thước nhỏ gọn hoạt động hai băng tần rộng bao phủ dải tần WLAN 2,45/5,2 GHz Các kết mô thực nghiệm cho thấy, mơ hình đề xuất đáp ứng dải tần hoạt động thiết kế Hướng phát triển luận án Nghiên cứu giải pháp thiết kế ứng dụng cho mô-đun siêu cao tần hoạt động đa băng tần Nghiên cứu áp dụng thuật toán thiết kế tối ưu mô-đun siêu cao tần đề xuất Nghiên cứu ứng dụng thực tế mô-đun siêu cao tần đề xuất vào thiết bị hệ thống thông tin tương ứng với dải tần số thiết kế 24 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN Đặng Như Định, Huỳnh Nguyễn ảo Phương, Đinh Thanh Liêm, Hoàng Phương Chi, Đào Ngọc Chiến, (2016), “Đề xuất phương pháp thiết kế lọc thông dải đa băng tần sử dụng hiệu ứng viền siêu vật liệu,” Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Trường Đại học kỹ thuật, Số 110, Trang 62-68 Dang Nhu Dinh, Vu Van Yem, Hoang Phuong Chi, Dao Ngoc Chien, (2016), "A Novel Wideband Filter using Open Split Ring Resonators," Journal of Science and Technology Techincal Universities, vol 113, pp 112-118 Dang Nhu Dinh, Ta Quang Ngoc, Ho Manh Linh, Huynh Nguyen Bao Phuong, Nguyen Khac Kiem, Dao Ngoc Chien, (2016), “Compact Planar Bagley Polygon Power Divider Based on CRLH TL,” The 2016 International Conference on Advanced Technologies for Communications (ATC), pp 484-487 Dang Nhu Dinh, Hoang Phuong Chi, Dao Ngoc Chien, (2016), "Design of Compact Planar Antenna Based on CRLH TL," Journal of Science and Technology Techincal Universities, vol 115, (accepted) Dang Nhu Dinh, Huynh Nguyen Bao Phuong, Dinh Van Liem, Hoang Phuong Chi, Dao Ngoc Chien, (2016), "Novel Compact Dual-Broadband Planar Metamaterial Antenna," Journal of Science and Technology, vol 54, pp 584-596, (accepted) Dang Nhu Dinh, Hoang Phuong Chi, Dao Ngoc Chien, (2017), "Design of Multiband Antenna using Fringing Effects of Metamaterials," Journal of Science and Technology Techincal Universities, vol 119, (accepted) ... Antenna_2 -20 -30 Anten không tải Anten_ 1 -40 Tần số (GHz) Anten không tải Antenna_2 -40 7 Tần số (GHz) (a) (b) Hình 2.21 Mơ hệ số phản xạ S11 anten có khơng có tải: (a) Anten_ 1,(b) Anten_ 2 Để đánh... thước tương ứng Anten_ 2 85% and 93% S11 (dB) -5 -10 -15 -20 -30 Anten_ 1 Anten_ 2 Anten tham khảo -35 2.2 2.3 -25 2.4 2.5 2.6 2.7 Tần số (GHz) Hình 2.27 Mẫu ch tạo hai anten đề xuất anten Hình 2.28... W_f X X Z Y Z Y L_gnd D2 L_step L_f D1 W_f (a) (b) Hình 2.19 Mơ hình anten đề xuất: (a) Anten_ 1, (b) Anten_ 2 Hai anten đề xuất anten siêu vật liệu dạng đường CL1 LR /2 CL2 CL2 LR /2 truyền CRLH