46
3.2.1. Thiết kế phần tử bức xạ có cấu trúc vòng ring
Chiều dài của phần tử bức xạ có vai trò quan trọng trong việc xác định tần số hoạt động của anten. Vì vậy, để giảm kích thước anten một trong những giải pháp cơ bản là thay đổi chiều dài điện của anten mà không làm thay đổi kích thước tổng thể của phần tử bức xạ. Dựa trên nguyên lý này, anten đề xuất sẽ sử dụng nguyên lý bức xạ mặt những có cấu trúc vòng ring. Điều này vẫn đảm bảo được đặc tính bức xạ của anten nhưng lại tăng chiều dẫn điện dẫn đến anten ring có thể đạt được kích thước nhỏ gọn hơn anten patch tròn truyền thống khi giữ nguyên tần số cộng hưởng.
Để tính bán kính của vòng ring, sử dụng công thức gần đúng cho anten patch tròn như đã được trình bầy trong chương 2 vì chúng có cùng loại trường bức xạ. Đối với chế độ 𝑇𝑀𝑛𝑚, tần số cộng hưởng của anten có thể được đánh giá từ công thức:
𝑓𝑛𝑚 = 𝑋𝑛𝑚𝑐
2𝜋𝑎𝑒√𝜖𝑟 (3.1)
Trong đó c là tốc độ ánh sáng trong môi trường chân không, 𝑎𝑒 là bán kính hiệu dụng của vòng ring và 𝜖𝑟 là hằng số điện môi của chất nền. 𝑋𝑛𝑚 là chế độ cộng hưởng không thứ m của hàm Bassel bậc n Jn’(ka).
Một số chế độ bậc thấp hơn được liệt kê theo thứ tự tăng dần của các giá trị
𝑋𝑛𝑚 được trình bày trong Bảng 3.1.
Bảng 3.1: Giá trị 𝑿𝒏𝒎Mode (n,m) 𝑿𝒏𝒎 Mode (n,m) 𝑿𝒏𝒎 0,1 0 1,1 1.84118 2,1 3.05424 0,2 3.83171 3,1 4.20119 4,1 5.317 1,2 5.331
47
Từ giá trị của 𝑋𝑛𝑚 cho các chế độ khác nhau, rõ ràng chế độ chiếm ưu thế là chế độ tương ứng với 𝑛 = 𝑚 = 1 sẽ cho anten có bán kính tối thiểu hoặc tần số cộng hưởng thấp nhất. Do đó, chọn chế độ 𝑇𝑀11 để xác định bán kính của vòng (𝑎𝑒) cho tần số cộng hưởng nhất định theo phương trình :
𝑎𝑒 = 𝑎 {1 + 2ℎ 𝜋𝑎𝜖𝑟(ln (𝜋𝑎 2ℎ) + 1.7726)} 1 2 (3.2) Trong đó h là độ dày của chất điện môi, a được tính từ mối quan hệ cơ bản trong phương trình (3.3):
𝑋𝑛𝑚 = 𝑘. 𝑎 (3.3)
Với k được xác định theo :
𝑘 = 2𝜋√𝜖𝑟
𝜆0 (3.4)
3.2.2. Thiết kế đa băng dựa trên vòng cộng hưởng SRR
Để tạo đa băng, thiết kế anten đề xuất sử dụng nguyên lý cộng hưởng từ của vòng cộng hưởng phân chia SRR (Split Ring Resonator).
Một cấu trúc SRR đơn là một cặp vòng kim loại kèm theo phần khe nhỏ chẻ ở hai đầu. Các vòng được làm bằng kim loại và có một khoảng cách nhỏ giữa chúng, trên các vòng kim loại sinh ra dòng điện xoay chiều trong các vòng. Như được chỉ ra trong hình 3.6, do có khoảng cách giữa các vòng nên có thể hỗ trợ các bước sóng cộng hưởng lớn hơn nhiều hơn đường kính của chúng.
48
Các vòng kim loại là chất nền trắng và điện môi có màu xám. Các khe và dòng điện cảm ứng cộng hưởng phía trên và nửa SRR dưới được mô tả như trong