5.2. Chế tạo anten siờu cao tần từ cỏc màng mỏng Au
5.2.2. Trở khỏng của anten
Cỏc phộp đo này được thực hiện trờn thiết bị AUTOLAB/PGSTAT302N, sử dụng phần mềm FRA2, tại Trung tõm Khoa học Vật liệu, Khoa Vật lý, Trường Đại học KHTN.
Để tiến hành phộp đo, cỏc anten (cú vai trũ như một tụ điện) được mắc nối tiếp với một hệ mạch ngoài cú điện trở R rồi kết nối trực tiếp với thiết bị đo (nguồn phỏt thay đổi tần số) với sơ đồ tương đương như hỡnh 5.10. Ở đõy, hai mặt của
anten được hàn trực tiếp vào dõy điện kết nối với mạch ngoài để trỏnh sai số bị ảnh hưởng bởi hiệu ứng tiếp xỳc.
Hỡnh 5.10. Sơ đồ kết nối anten (tụ điện) và mạch đo bờn ngoài
Cỏc thụng số Z, Z’, Z’’ của mạch đo cú thể được xỏc định thụng qua cỏc cụng thức:
Z = R – i/Cω (5.1)
Z’ = Re(Z) = R (5.2)
Z’’ = Im(Z) = (2πCf)1 (5.3)
Ở đõy, Z là tổng trở phức, Re phần thực và Im phần ảo của tổng trở này. Mỗi anten cú vai trũ như một tụ điện, nờn thành phần thực Z’ (thành phần điện trở của toàn mạch) khụng cần xột đến, chỉ cú phần ảo Z’’ (liờn quan đến điện dung của tụ điện, hay anten) là cần được tớnh toỏn chi tiết.
0 5000 10000 15000 20000 0 50M 100M 150M 200M 250M 300M 350M f(Hz) AT100 AT80 AT60 AT40 AT20 Z ''(O hm)
Hỡnh 5.11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của Z’’ theo f của 5 mẫu anten
V0
K R
Hỡnh 5.11 biểu diễn sự phụ thuộc của dung khỏng Z’’ theo tần số của dũng điện trong mạch cho từng anten. Cỏc đường cong trờn hỡnh 5.11 cho thấy sự phụ thuộc của Z’’ theo tần số của cả 5 mẫu anten là khỏ tương đồng. Cỏc đường cong cú dỏng điệu rất giống nhau và chỉ khỏc nhau ở giỏ trị độ lớn của Z’’ và độ cong của đoạn gốc ở vựng tần số nhỏ. Điều này cho thấy rằng cỏc anten cú độ ổn định tốt. Chỉ cú mẫu anten AT10 là khi kết nối mạch khụng đo được cường độ dũng điện và cũng khụng thể nội suy được cỏc thụng số tổng trở. Kết quả này cũng giải thớch sự khụng xuất hiện đỉnh phản hồi khi kiểm tra anten AT10 bằng dao động kớ như đó trỡnh bày ở trờn.
Từ cỏc kết quả trờn, thụng số điện dung C của cỏc anten AT20, AT40, AT60, AT80 và AT100 cú thể được tớnh toỏn theo hàm tuyến tớnh của f1 (hỡnh 5.12). Theo
cỏc đồ thị trờn hỡnh 5.12, dựa vào cụng thức (5.3), ngoại suy theo giỏ trị hệ số gúc của cỏc đường thẳng, cỏc giỏ trị điện dung cho từng anten tớnh được lần lượt là C20 = 2,59; C40 = 2,81; C60 = 3,14; C80 = 3,63 và C100 = 5,15 pF. Như vậy ta cú thể nhận thấy rằng điện dung của anten tỉ lệ thuận với độ dày màng mỏng vàng làm điện cực.
0.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.0 5.0x107 1.0x108 1.5x108 2.0x108 2.5x108 3.0x108 3.5x108 AT2 0 AT40 AT60 AT80 Z' '(Ohm ) 1/f(Hz-1 ) AT100
Hỡnh 5.12. Đồ thị biểu diễn mối liờn hệ giữa Z’’ theo (1/f ) của 5 anten
Cỏc kết quả trờn khú cú thể được giải thớch theo lý thuyết tụ điện thụng thường. Theo cụng thức cơ bản của tụ điện phẳng ( 0 S
C d
này cỏc thành phần S (diện tớch bản cực), d (chiều dày lớp điện mụi thủy tinh) và hằng số điện mụi ε của tấm thủy tinh là như nhau. Điều này dẫn đến giỏ trị điện dung C tớnh được cho cả 5 anten cũng phải giống nhau. Tuy nhiờn, kết quả lại cho thấy sự phụ thuộc tỉ lệ thuận của C theo độ dày màng.
Điểm mõu thuẫn này chỉ cú thể lý giải được bởi sự thay đổi hằng số điện mụi tổng thể bao gồm đế của lớp đế thủy tinh và Au của cỏc màng Au nano. Tuy vậy, cỏc tớnh toỏn chi tiết để lý giải tường minh vỡ sao tổng trở phức của cỏc hệ tụ điện cú thụng số như nhau lại khỏc nhau chỉ bởi một lớp phủ rất mỏng cỏc hạt nano chưa được tiến hành trong phạm vi luận ỏn này.