lƣới cá
Cấu trúc kết hợp (combined structure - CB) được tạo bởi hai thành phần: các dây kim loại liên tục có vai trò điều khiển độ điện thẩm và CWP có vai trò điều khiển độ từ thẩm. Hình 1.23(a) và 1.23(b) trình bày ô cơ sở và mẫu đã chế tạo của siêu vật liệu chiết suất âm có cấu trúc CB.
a) b)
Hình 1.23. a) Ô cơ sở và b) mẫu chế tạo tương ứng theo công nghệ mạch in điện tử của cấu trúc CB.
w2
Hình 1.24(a) và 1.24(b) trình bày sự so sánh phổ truyền qua thực nghiệm và mô phỏng của cấu trúc CWP, thanh kim loại liên tục và toàn bộ cấu trúc CB. Độ từ thẩm, độ điện thẩm và chiết suất tương ứng được tính toán và minh hoạ trong hình 1.24(c). Từ phổ truyền qua ta thấy đỉnh truyền qua thứ nhất của cấu trúc CB xuất hiện xung quanh tần số 13.8 GHz (nằm trong vùng không truyền qua của CWP). Đỉnh này xác nhận vật liệu có chiết suất âm, phù hợp với các kết quả nghiên cứu đã công bố trước đây [16, 17] Kết quả tính toán chiết suất theo phương pháp của Chen trên hình 1.24(c) cũng cho thấy, chiết suất mang giá trị âm trong tần số cộng hưởng từ 13.4 - 14.8 GHz. Bản chất giá trị âm của chiết suất được hiểu là do các thanh kim loại liên tục tạo ra độ điện thẩm âm đồng thời với độ từ thẩm âm tạo bởi cấu trúc CWP trên cùng một dải tần số [quan sát hình 1.24(c)]. Bên cạnh đó, cấu trúc CB cũng tạo ra đỉnh truyền qua thứ hai trong vùng tần số từ 15.3 GHz đến 17.3 GHz. Tuy nhiên, độ từ thẩm và độ điện thẩm tại vùng này đều dương nên đây là một vùng truyền qua tương tự như vật liệu thông thường.
Hình 1.24. a) Phổ truyền qua thực nghiệm và b) mô phỏng của cấu trúc CWP, CB và các dây kim loại liên tục. c) Độ điện thẩm, độ từ thẩm và chiết suất từ dữ liệu mô
phỏng của cấu trúc CB tương ứng [18].
Nếu giữ nguyên kích thước của thanh kim loại liên tục trong khi chiều rộng của thanh CW (trong cấu trúc CWP) được tăng lên đến khi nhập vào cạnh của thanh kim loại liên tục thì tính chất chiết suất âm vẫn được duy trì. Để thuận tiện, cấu trúc CB mới được tạo ra trong trường hợp này được đặt tên là cấu trúc lưới cá (fishnet – FN). Ô cơ sở và mẫu chế tạo được trình bày trên hình 1.25. Về bản chất vật lý, hai cấu trúc FN và CB tương tự nhau về tương tác điện từ. Tuy nhiên, cấu trúc FN có nhiều ưu điểm hơn so với cấu trúc CB như: thiết kế và chế tạo đơn giản hơn, tương tác điện từ mạnh hơn trên cùng một dải tần số hoạt động [19-20]. Đồng thời, do dễ dàng đạt được điều kiện phối hợp trở kháng, hệ số phẩm chất ứng với vùng chiết suất âm của cấu trúc
FN cũng cao hơn và ổn định trên một dải tần số rộng hơn so với cấu trúc CB. Mô hình mạch LC tương ứng cho cấu trúc FN được trình bày chi tiết trong tài liệu tham khảo [19].
Hình 1.25. (a) Ô cơ sở và (b) mẫu chế tạo của siêu vật liệu chiết suất âm sử dụng cấu trúc FN.
Hình 1.26 trình bày sự so sánh phổ truyền qua mô phỏng và thực nghiệm ứng với cấu trúc CB và cấu trúc FN. Phổ truyền qua mô phỏng và thực nghiệm trong hình 1.26(a) đều xác nhận sự tồn tại hai vùng truyền qua cách nhau bởi một dải tần số hẹp đối với cấu trúc FN (tương tự như trường hợp của cấu trúc CB). Trong vùng thứ nhất, đỉnh truyền qua tại 15.9 GHz biểu thị tính chiết suất âm và đỉnh vùng thứ hai tại 18 GHz biểu thị tính chất chiết suất dương của vật liệu [19]. Trong cấu trúc FN, cần nhớ lại rằng, thành phần tạo ra độ điện thẩm âm vẫn là các thanh kim loại liên tục, thành phần tạo ra độ từ thẩm âm là các cặp dây bị cắt (slab) giống như CWP nhưng chỉ khác ở chỗ nó được nối liền với các thanh kim loại liên tục và tạo ra các đoạn giống “như nút cổ chai” (neck). Chính vì sự đóng góp của các “nút cổ chai”, đỉnh chiết suất âm của cấu trúc FN bị dịch tới tần số cao hơn so với cấu trúc CB. Cụ thể, tần số cộng hưởng từ bị dịch theo công thức [21]:
2 w 1 1 ~ . 2 w m n m
slab slab n slab
f
l l l
(3.1)
Hình 1.26. (a) Phổ truyền qua thực nghiệm và mô phỏng của cấu trúc CB và FN, Kết quả tính toán phần thực của (b) độ điện thẩm, (c) độ từ thẩm (d) chiết suất và
CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu của luận văn: Kết hợp giữa mô phỏng + Tính toán