Mảng anten gồm hai phần tử anten vi dải được in trên đế điện mơi FR4, với hệ số điện mơi là 4,4 và ghép nối trong mặt phẳng E. Cấu trúc EBG-3 được tối ưu để tạo ra dải chắn bao phủ tần số hoạt động của anten mảng. Kích thước phần tử EBG tối ưu là 6 mm 6 mm, với kích thước phiến kim loại ở mặt trên là 5,5 mm 5,5 mm. Để giảm ảnh hưởng tương hỗ cho anten mảng, một mảng 27 phần tử EBG-3 được chèn giữa hai phần tử của mảng như minh họa ở hình 4.6. Trong đĩ, anten vi dải được thiết kế tối ưu ở tần số cộng hưởng 5,1 GHz cĩ kích thước 9 mm × 13,2 mm. Khoảng cách giữa hai phần tử anten đơn tính từ điểm tiếp điện đến điểm tiếp điện là 40 mm (0,680). Hai phần tử anten được tiếp điện độc lập bởi đường dây đồng trục cĩ trở kháng 50 với điểm tiếp điện được đặt cách tâm của anten vi dải 1,75 mm. Kích thước tổng thể của anten mảng là 60 mm 90 mm 1,6 mm.
x
13,2 mm Điểm tiếp điện
Anten vi dải
Cột nối kim loại EBG
9 m m 1,75 mm 40 mm y x z 5,5 mm 6 mm 2 mm
Điểm tiếp điện
0,4 mm
Cột nối kim loại
Mặt phẳng đế của EBG Điểm tiếp điện Mặt phẳng đế của anten mảng Mặt phẳng đế của EBG Điểm tiếp điện Mặt phẳng đế của
anten mảng
(a) (b) (c)
Hình 4.6. Mơ hình anten mảng cĩ cấu trúc EBG (a) Lớp trên, (b) Lớp dưới, (c) Mặt phẳng đế
Kết quả mơ phỏng tham số tán xạ của anten mảng khi cĩ và khơng cĩ cấu trúc EBG cho thấy tần số cộng hưởng trung tâm của hai phần tử mảng là 5,1 GHz. Giá trị ghép nối tương hỗ S21 của anten mảng cĩ EBG đạt -46 dB, và đã giảm được 24 dB so với trường hợp khi chưa cĩ cấu trúc EBG (-22 dB). Mơ hình hai anten mảng đã được chế tạo và đo thực nghiệm. Cụ thể, tần số cộng hưởng của hai mảng anten đạt lân cận 5,2 GHz. Giá trị ghép nối tương hỗ S21 của anten mảng cĩ EBG đạt -42.5 dB, và giảm được 19 dB so với trường hợp khi chưa cĩ cấu trúc EBG (-23.5 dB). Các kết quả đo thực nghiệm này đã chứng minh tính khả thi của cấu trúc đề xuất.
Hình 4.7. Kết quả đo tham số tán xạ S của anten
mảng khi khơng cĩ và khi cĩ cấu trúc EBG-3
4.4. Tổng kết chƣơng
Chương này đề xuất và thực hiện giải pháp giảm kích thước của cấu trúc EBG hình nấm thơng thường. Giải pháp này tạo ra đồng thời các phần tử điện dung và điện cảm nhằm mục đích tăng giá trị tổng điện dung và tổng điện cảm của cấu trúc EBG. Cấu trúc EBG-3 đã giảm kích thước 61% so với cấu trúc EBG hình nấm và đã giảm được 24 dB ảnh hưởng tương hỗ do ghép nối khi sử dụng cho mảng anten vi dải hoạt động tại 5,1 GHZ. 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 5.0 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 -45 -40 -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 |S 11| & |S 21| (dB) Frequency (GHz) Without EBGs With EBGs Khơng cĩ EBG Cĩ EBG Tần số (GHz) |S11| |S21|
24
KẾT LUẬN
Tổng quan những vấn đề căn bản của cấu trúc EBG được giới thiệu ở chương 1. Cấu trúc EBG là một dạng siêu vật liệu, cĩ hai đặc tính ưu việt: tạo ra các dải chắn tần số nhằm ngăn cản sự truyền lan của sĩng bề mặt và phản xạ đồng pha với sĩng tới bề mặt cấu trúc. Phương pháp mơ phỏng số tồn sĩng FDTD thường được sử dụng vì độ chính xác trong quá trình phân tích các cấu hình EBG khác nhau.
Các cơ sở phân tích cấu trúc EBG bao gồm lý thuyết sĩng mặt và phương pháp sai phân hữu hạn miền thời gian (FDTD) cũng được trình bày chi tiết ở chương này. Giá trị trở kháng của bề mặt sẽ quyết định khả năng giam giữ sự lan truyền sĩng mặt hay phản xạ đồng pha sĩng tới khi kích thước của lớp điện mơi nhỏ hơn ¼ bước sĩng. Bên cạnh đĩ, phương pháp FDTD hồn tồn cĩ thể mơ hình hĩa cấu trúc EBG với kích thước hữu hạn sử dụng điều kiện biên tuần hồn. Đường cong tán xạ được tổng hợp từ hằng số sĩng theo các tần số khác nhau sẽ giúp ta xác định chính xác dải chắn của cấu trúc EBG.
Chương 2 đã đề xuất thành cơng giải pháp thiết kế cấu trúc EBG đa băng tần sử dụng phần tử điện dung ký sinh. Với ưu điểm nhỏ gọn, dễ chế tạo, các dải chắn là hồn chỉnh, các cấu trúc đề xuất đã khắc phục được nhược điểm của các cấu trúc trước đây. Ngồi ra, các cấu trúc đề xuất cịn được mơ hình bằng các sơ đồ mạch LC riêng biệt. Các dải chắn cĩ thể được điều chỉnh dễ dàng và độc lập. Các kết quả thực nghiệm đã chứng minh tính khả thi của cấu trúc.
Giải pháp thiết kế cấu trúc EBG linh hoạt sử dụng cấu trúc hình học Fractal đã được đề xuất ở chương 3. Ưu điểm của giải pháp thiết kế này cĩ khả năng tạo ra cấu trúc EBG phẳng cĩ hai băng tần hoặc băng thơng rộng. Đặc biệt, băng thơng của cấu trúc đề xuất đạt gần gấp đơi so với cấu trúc EBG hình nấm thơng thường. Các kết quả thực nghiệm cũng đã chứng minh tính khả thi của cấu trúc.
Chương 4 đề xuất thành cơng giải pháp giảm nhỏ kích thước của cấu trúc EBG hình nấm. Giải pháp này thực hiện giảm tần số cộng hưởng bằng cách tăng đồng thời tổng các giá trị điện cảm và điện dung của cấu trúc. Kết quả, cấu trúc EBG đã giảm kích thước được 61% so với cấu trúc EBG hình nấm.
Bên cạnh đĩ, các ứng dụng của các cấu trúc EBG đề xuất như thiết kế bộ lọc thơng dải nhỏ gọn, cải thiện đặc tính bức xạ của anten vi dải và giảm ảnh hưởng tương hỗ cho anten mảng cũng đã được thực hiện ở phần cuối ở các chương 2, chương 3 và chương 4. Những kết quả này đã chứng minh được các nội dung đề xuất và nghiên cứu của luận án là hợp lý và cần thiết.
Đĩng gĩp khoa học của luận án
(1) Đề xuất và thực hiện giải pháp thiết kế cấu trúc EBG đồng phẳng hai và ba băng tần sử dụng phần tử điện dung ký sinh. Đề xuất đã được áp dụng để thiết kế bộ lọc thơng dải băng rộng cĩ kích thước nhỏ gọn.
(2) Đề xuất và thực hiện giải pháp thiết kế cấu trúc EBG mới dựa trên tam giác Sierpinski Gasket cĩ cấu trúc linh hoạt khi thay đổi khoảng hở ghép giữa các tam giác trong một đơn vị EBG. Áp dụng để thiết kế hai cấu trúc EBG băng rộng và cấu trúc hai băng tần, sử dụng như mặt phẳng đế trở kháng lớn trong thiết kế anten vi dải ở tần số 5 GHz.
(3) Đề xuất và thực hiện giải pháp giảm kích thước của cấu trúc EBG hình nấm thơng thường bằng cách tạo ra các phần tử điện dung và điện cảm là tăng tổng điện dung và tổng điện cảm của cấu trúc EBG. Cấu trúc EBG-3 đã giảm kích thước 61% so với cấu trúc EBG hình nấm và đã giảm được 24 dB ảnh hưởng tương hỗ do ghép nối khi sử dụng cho mảng anten vi dải hoạt động tại 5,1 GHz.
Hƣớng phát triển của luận án (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Sử dụng các loại vật liệu như Roger, Duroid để chế tạo các cấu trúc EBG đề xuất nhằm tăng độ chính xác và khả năng tích hợp vào các hệ thống vơ tuyến hiện nay.
Nghiên cứu các thuật tốn mới để ứng dụng trong việc phân tích cấu trúc EBG nhằm tăng tốc độ và độ chính xác của việc phân tích cấu trúc.
Áp dụng các thuật tốn tối ưu như thuật tốn di truyền (GA), thuật tốn bầy đàn (PSO) để thiết kế tối ưu cấu trúc EBG, tiết kiệm thời gian tính tốn.