Các bề mặt trở kháng cao đã đƣợc chứng minh là có tác dụng ngăn cản sự lan truyền sóng điện từ. Nhƣ lí thuyết đã trình bày ở trên, anten bức xạ sóng điện từ gồm rất nhiều thành phần trong đó thành phần hữu ích là sóng không gian còn thành phần vô ích là sóng bề mặt, sóng rò,… Để giảm thành phần sóng vô ích là sóng bề
mặt của anten ngƣời ta bao quanh anten một bề mặt trở kháng cao để ngăn cản sự lan truyền sóng bề mặt của anten. Trong phần này luận văn sẽ trình bày cấu trúc của anten metamaterial có kết cấu nhƣ trên và các kết quả đã thu đƣợc từ nhóm nghiên cứu của Daniel Frederic Sievenpiper [28] để chứng minh ảnh hƣởng của bề mặt trở kháng cao đến tính chất điện từ của anten.
Mô hình anten metamaterial là một anten miếng (patch atnenna) có thể đƣợc tiêp điện bởi một dòng vi dải trên bề mặt, một khe cắm trong mặt phẳng đất bên dƣới các miếng, hoặc bởi một cáp đồng trục đƣợc bao quanh bởi một bề mặt trở kháng cao.
Thiết kế anten với đế có hằng số điện môi là 10,2, độ dày 0,625 và diện tích 5cm2, bề dà lớp điện môi 3mm. Các anten miếng tròn đƣợc sử dụng với một đƣờng kính 3,5mm.
Hình 2. 20: Anten dạng tấm trên mặt phẳng đất có bề mặt trở kháng cao[28]
Đồ thị bức xạ của anten miếng không lớn do ảnh hƣởng của sóng bề mặt. Sóng bề mặt tỏa ra từ các cạnh của anten, và bức xạ theo hƣớng ngƣợc lại. Nếu bề mặt dày, hoặc nó có một hằng số điện môi cao, sóng bề mặt sẽ ảnh hƣởng càng lớn.
Hình 2.22 cho thấy giá trị S11 của 2 anten miếng, 1 anten trên mặt phẳng đất thông thƣờng (một mặt phẳng kim loại), một trên mặt phẳng đất có bề mặt trở kháng cao. Đồ thị cho thấy đỉnh cộng hƣởng của anten có bề mặt trở kháng cao lớn hơn anten thông thƣờng và tần số của anten bị dịch chuyển 0.3GHz.
Đồ thị bức xạ E của hai anten đƣợc thể hiện trong hình 2.21.Các phép đo đƣợc đo ở tần số 13,5GHz.
Hình 2. 22: Đồ thị bức xạ - E của 2 anten miếng[28]
Đỉnh đồ thị bức xạ E của anten có bề mặt trở kháng cao lớn hơn anten thông thƣờng.
CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
Phƣơng pháp nghiên cứu đƣợc sử dụng trong luận văn này là sự kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm.
3.1. PHƢƠNG PHÁP MÔ PHỎNG
Nhờ sự phát triển nhanh chóng của ngành công nghiệp phần mềm, việc tính toán và áp dụng cho sự tƣơng tác giữa sóng điện từ và vật liệu có cấu trúc phức tạp trở nên đơn giản và chính xác hơn. Nhiều nhà khoa học nghiên cứu trong lĩnh vực MMs đã sử dụng phần mềm thƣơng mại để mô phỏng, dự đoán các kết quả của cấu trúc trƣớc khi chế tạo. Một lợi thế của mô phỏng là có thể tìm ra đƣợc cấu trúc tối ƣu, dự đoán hành vi của cấu trúc để loại bỏ các thí nghiệm không cần thiết. Sự phù hợp giữa kết quả mô phỏng và thực nghiệm phụ thuộc mạnh vào tính chính xác của tính chất vật liệu mô phỏng so với giá trị thực tế của chúng. Do đó, việc nắm bắt tốt về các tính chất của vật liệu là điều kiện cần thiết để thu đƣợc các kết quả đáng tin cậy. Trong số các chƣơng trình mô phỏng, thì CST Microwave studio [34], HFSS, và Comsol là một trong những phần mềm phổ biến và đang đƣợc sử dụng rộng rãi nhất. Trong luận văn này, chúng tôi sử dụng phần mềm CST Microwave studio để mô phỏng các tính chất của anten.
Luận văn đã đƣa ra một số kết quả mô phỏng các thông số quan trọng của anten nhƣ S11 là hệ số phản xạ, đồ thị bức xạ 1D, 2D, 3D, đồ thị bức xạ E, H,….
Hình 3. 1: a) Mô phỏng hệ số phản xạ của anten; b) Đồ thị bức xạ trong mặt phẳng cực; c) Đồ thị bức xạ trong không gian 3D