- Sự xuất hiện của cấu trúc bề mặt trở kháng lớn (HIS) đã giúp giải quyết được những vấn đề này. - Cấu trúc bề mặt trở kháng lớn là một dạng của siêu vật liệu và được gọi chung là cấu trúc chắn dải điện từ (EBG). - Cấu trúc EBG có đặc tính ưu việt là tạo ra dải chắn điện từ ở một dải tần số bất kỳ. - Bên cạnh đặc tính dải chắn, cấu trúc EBG còn có những tính chất nổi trội khác như trở kháng bề mặt lớn và vật dẫn từ nhân tạo (AMC). - Hơn nữa, nhờ đặc tính phản xạ đồng pha, bề mặt cấu trúc EBG đã được sử dụng trong mô hình anten dây cấu hình đơn giản nhằm cải thiện đặc tính bức xạ của anten. - Nghiên cứu cấu trúc EBG nhỏ gọn dễ chế tạo. - Các nghiên cứu này tập trung vào phát triển các cấu trúc EBG phẳng có kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản. - Nghiên cứu các cấu trúc EBG hoạt động ở đa băng tần. - Các nghiên cứu này tập trung phát triển các cấu trúc EBG hai băng tần hoặc cấu trúc EBG ba băng tần. - Các cấu trúc EBG đa băng tần ở trên hầu hết đều sử dụng cột nối kim loại trong thiết kế. - Những vấn đề còn tồn tại Vai trò của cấu trúc EBG là rất quan trọng trong lĩnh vực anten và siêu cao tần. - Việc nghiên cứu và ứng dụng các cấu trúc EBG luôn là đề tài mang tính thời sự cao. - Những cấu trúc EBG hai chiều đầu tiên được đưa ra bởi D. - Tuy nhiên việc nghiên cứu các cấu trúc EBG chủ yếu là tạo ra một băng tần. - Một số cấu trúc EBG ba băng tần đã được nghiên cứu và đề xuất trước đây sử dụng tam giác Sierpinski Gasket, Fractal Mandelbrot ở bước lặp thứ 2. - Tuy nhiên, hạn chế của các cấu trúc này cũng sử dụng các cột nối kim loại. - Ngoài ra, một cấu trúc EBG nhỏ gọn sử dụng vòng cộng hưởng (SRR) được đề xuất. - Đã có nhiều nghiên cứu tập trung mở rộng băng thông của cấu trúc EBG. - Tuy nhiên, các cấu trúc đề xuất có cấu tạo phức tạp, khó chế tạo. - Vì vậy việc nghiên cứu thiết kế cấu trúc EBG phẳng có băng thông rộng là hướng nghiên cứu rất cấp thiết. - Phân tích, thiết kế các cấu trúc EBG cho các hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới. - Các cấu trúc EBG này có khả năng hoạt động ở đa băng tần, băng thông rộng. - Đề xuất giải pháp thiết kế cấu trúc EBG mới sử dụng các cấu trúc hình học Fractal. - Đây là các cấu trúc EBG phẳng được thiết kế linh hoạt để có thể tạo ra băng rộng hoặc đa băng tần. - Đề xuất giải pháp giảm nhỏ kích thước cấu trúc EBG. - Giải pháp đề xuất dựa trên việc tăng đồng thời các giá trị điện cảm và điện dung tổng cộng của sơ đồ mạch LC tương đương của cấu trúc. - Tập trung vào các thiết kế cấu trúc EBG dạng đồng phẳng kích thước nhỏ gọn có khả năng hoạt động ở đa băng tần hoặc băng thông rộng. - Nghiên cứu các đặc tính đặc biệt của cấu trúc EBG bao gồm: tính chất ngăn cản sóng bề mặt trong hệ thống anten phẳng và tính chất bề mặt phản xạ đồng pha cho các hệ thống anten cấu hình nhỏ gọn. - Sử dụng phương pháp sai phân hữu hạn miền thời gian (FDTD) để phân tích các đặc tính của cấu trúc EBG. - Phần giới thiệu tổng quan và cơ sơ phân tích cấu trúc EBG được trình bày ở chương 1. - Đầu tiên, chương 1 tập trung vào các đặc tính cấu trúc chắn dải điện từ EBG và các phương pháp phân tích cấu trúc EBG. - Các ứng dụng của cấu trúc EBG cũng được tổng hợp và phân tích trong phần cuối của chương. - 3 Chương 2 đề xuất và thực hiện giải pháp thiết kế cấu trúc EBG đa băng tần sử dụng phần tử điện dung ký sinh. - Hai cấu trúc EBG hai băng tần và ba băng tần được đề xuất, phân tích và mô hình hóa bằng các sơ đồ mạch điện LC tương đương. - Bên cạnh đó, cấu trúc EBG ba băng tần được sử dụng để thiết kế bộ lọc thông dải băng rộng nhỏ gọn. - Tiếp theo, giải pháp thiết kế cấu trúc EBG linh hoạt sử dụng các tam giác Sierpinski Gasket được đề xuất và thực hiện trong chương 3. - Cấu trúc EBG đề xuất cũng được so sánh với cấu trúc EBG hình nấm để kiểm chứng băng thông của dải chắn điện từ. - Các cấu trúc EBG cũng được tích hợp vào anten vi dải để cải thiện đặc tính bức xạ của anten. - Cuối cùng, chương 4 đề xuất và thực hiện giải pháp giảm nhỏ kích thước cấu trúc EBG. - Giải pháp này được thực hiện bằng cách tạo ra đồng thời các phần tử điện dung C và điện cảm tương đương L, từ đó tăng tổng giá trị điện dung và điện cảm của cấu trúc EBG. - Cấu trúc EBG đề xuất đã được ứng dụng để giảm ảnh hưởng tương hỗ cho hệ thống anten mảng vi dải. - (2) Khi sóng tới là sóng phẳng (kx2+ ky2≤ k02, kz có giá trị thực), pha phản xạ của cấu trúc EBG thay đổi theo tần số. - cấu trúc 2 thanh ngắn đặt song song và ngăn cách bởi lớp điện môi. - Giá trị điện cảm L và điện dung C được xác định bởi kích thước hình học và thuộc tính cộng hưởng của nó được sử dụng để giải thích đặc tính dải chắn của cấu trúc EBG. - Tuy nhiên, khó khăn trong phương pháp này là làm thế nào để thu được chính xác giá trị ZP và XC tương đương cho cấu trúc EBG. - Ứng dụng của cấu trúc EBG trong lĩnh vực anten 1.2.1. - Sivenpiper và được gọi là cấu trúc hình nấm. - Với một cấu trúc tuần hoàn với chu kỳ theo hướng. - Việc ứng dụng của cấu trúc EBG vào các hệ thống anten đã cải thiện đáng kể các đặc tính bức xạ của anten. - Đây chính là động lực thúc đẩy việc nghiên cứu các cấu trúc EBG mới ứng dụng trong các hệ thống vô tuyến thế hệ mới hiện nay. - Chương này cũng đã khái quát về lý thuyết sóng mặt và phương pháp sai phân hữu hạn miền thời gian (FDTD) dùng để phân tích cấu trúc EBG. - Các bề mặt trở kháng nhân tạo có thể tạo ra dựa trên việc thay đổi trở kháng bề mặt của cấu trúc bằng cách sử dụng các lưới cộng hưởng phẳng hay lưới điện dung (tạo bởi mảng các phiến kim loại). - Với ưu điểm tính toán với điều kiện biên tuần hoàn, phương pháp FDTD hoàn toàn có thể mô hình hóa cấu trúc EBG với kích thước hữu hạn. - Đường cong tán xạ được tổng hợp từ hằng số sóng theo các tần số khác nhau sẽ giúp ta xác định chính xác dải chắn của cấu trúc EBG. - CHƢƠNG 2 GIẢI PHÁP THIẾT KẾ CẤU TRÚC EBG ĐA BĂNG TẦN SỬ DỤNG PHẦN TỬ ĐIỆN DUNG KÝ SINH 2.1. - Các điện dung ký sinh này được tạo ra bởi các đường vi dải ghép song song hoặc các khe với hình dạng khác nhau được khoét trên bề mặt của cấu trúc đề xuất. - Đây là các cấu trúc EBG phẳng, có dải chắn hoàn chỉnh. - Các cấu trúc đề xuất có ưu điểm nhỏ gọn, không sử dụng cấu trúc nhiều phần tử đơn vị, không sử dụng cột nối kim loại. - Như vậy, các cấu trúc EBG băng tần kép đã đề xuất trước đây có chung nhược điểm kích thước lớn hoặc khó chế tạo do sử dụng cột nối kim loại. - Để khắc phục những hạn chế trên, một cấu trúc EBG đồng phẳng hai băng tần hình lục giác đã được thiết kế để hoạt động ở dải tần của hệ thống WLAN. - Trong thiết kế này, các phần tử điện dung ký sinh được tạo bởi các đường vi dải ghép song song in trên bề mặt của cấu trúc EBG. - (2.1) Để tạo ra cấu trúc EBG băng tần kép, hai sơ đồ mạch LC tương đương riêng biệt cần được tạo ra. - Đây là chính là mục tiêu cơ bản khi thiết kế cấu trúc EBG. - Cấu trúc EBG đồng phẳng có dạng hình lục giác được đề xuất trong hình 2.1(a) có cạnh W = 8.25 mm. - Cấu trúc EBG trong thiết kế này có thể biễu diễn thành hai sơ đồ mạch tương đương khác nhau 10 ở hình 2.1(b) và 2.1(c). - Cấu trúc EBG đề xuất: (a) Mặt trên của cấu trúc, (b) và (c) Sơ đồ mạch LC tương đương của dải chắn thứ nhất và dải chắn thứ hai Sơ đồ tương đương của dải chắn thứ hai được xác định bởi các phần tử bên trong cấu trúc. - Kết quả mô phỏng Một phương pháp phân tích tham số tán xạ được dùng để phân tích dải chắn của cấu trúc EBG với số lượng hữu hạn các phần tử. - Cấu trúc mảng này hoạt động như bộ lọc chắn dải. - Điều này có nghĩa là trở kháng bề mặt của cấu trúc EBG sẽ không đạt cực đại tại tần số trung tâm của WLAN. - Hai dải chắn của cấu trúc thiết kế ban đầu 3.2.3. - Khảo sát các đặc tính của dải chắn Cấu trúc EBG sẽ được tối ưu dựa vào các tham số kích thước để đạt được trở kháng bề mặt lớn tại tần số trung tâm của hệ thống WLAN. - Tuy nhiên, trong thiết kế cấu trúc EBG khi lớp điện môi với độ dày đã được chọn thì giá trị điện cảm không thể thay đổi. - Các tham số tán xạ của cấu trúc EBG đã tối ưu Ảnh hưởng của các giá trị G, G1 và G2 đến sự thay đổi dải chắn của cấu trúc đề xuất đã được thực hiện. - Cấu trúc EBG đề xuất đã được so sánh với một số cấu trúc EBG trước đây với cùng kích thước và lớp điện môi (độ dày và hệ số điện môi). - Bên cạnh đó tần số trung tâm của các dải chắn của cấu trúc EBG mới hầu như nhỏ hơn trong mọi trường hợp. - Trở kháng bề mặt của cấu trúc EBG đã được tối ưu tại các tần số 2.45 GHz và 5.5 GHz. - Vì vậy, chương này đề xuất một cấu trúc EBG ba băng tần phẳng, là một dạng biến đổi của cấu trúc UC-EBG thông thường. - Thiết kế ban đầu Cấu trúc UC-EBG thông thường được chỉ ra trong hình 2.5(a). - Vì vậy, cấu trúc EBG này có thể được mô tả bằng một mạch LC tương đương, như thể hiện trong hình 2.5(a. - (a) Cấu trúc UC-EBG thông thường và sơ đồ tương đương, (b) Cấu trúc UC-EBG ba băng tần đề xuất, (c) Ba sơ đồ mạch tương đương của cấu trúc đề xuất S11-moâ phoûng S21-moâ phoûng S11-thöïc nghieäm S21-thöïc nghieäm |S11. - |S21| (dB)Taàn soá (GHz) 12 Từ cấu trúc UC-EBG ở trên, ta thấy rằng chỉ duy nhất một dải chắn được tạo ra. - Vì vậy, để có được một cấu trúc EBG ba băng tần, cần phải tạo ra ba sơ đồ mạch LC riêng biệt. - Dải chắn đầu tiên được tạo ra theo nguyên lý tương tự như cấu trúc UC-EBG thông thường. - Cấu trúc UC-EBG ba băng tần được đề xuất ở hình 2.5(b). - Cấu trúc này có thể được biễu diễn bởi ba mạch LC tương đương khác nhau tương như trong hình 2.5(c). - Trong cấu trúc EBG ba băng tần đề xuất, n có giá trị là 4. - tương ứng với bốn vòng cộng hưởng ở bốn góc của cấu trúc EBG, vì vậy. - Các điện dung tương đương của vòng cộng hưởng SRR trong cấu trúc EBG được ước lượng như sau. - (2.5d) Sau cùng, hai khe hình chữ L được khoét ở trung tâm của cấu trúc EBG. - Đồ 13 thị tán xạ của cấu trúc EBG dạng hình nấm được phân tích dựa trên tam giác Brillouin tối thiểu xác định trên bề mặt cấu trúc EBG, với 3 điểm đặc biệt là. - Kết nối các mode này ta có được các đường cong tán xạ của cấu trúc EBG. - Hình 2.7 hiển thị kết quả mô phỏng đồ thị tán xạ của cấu trúc EBG đề xuất. - Cấu trúc UC-EBG thông thường cũng có dải chắn với dải tần từ GHz và trung tâm tại tần số 8,96 GHz. - Dải chắn thứ nhất của cấu trúc EBG đề xuất làm việc ở dải tần số thấp hơn so với cấu trúc UC-EBG thông thường. - Điều này chứng tỏ rằng cấu trúc EBG đề xuất có kích thước nhỏ gọn hơn. - Đồ thị tán xạ của cấu trúc EBG đề xuất. - Khi tăng kích thước a của phần tử từ 7,2 mm đến 12 mm, các tính chất chắn dải của cấu trúc EBG đề xuất vẫn được thể hiện trong ba dải chắn riêng biệt. - Các dải chắn của cấu trúc EBG này cũng được khảo sát theo đồ thị tán xạ và hệ số truyền đạt S21. - Thiết kế bộ lọc thông dải có kích thước nhỏ gọn Cấu trúc EBG đồng phẳng ba băng tần đề xuất ở mục 2.2 được sử dụng để thiết kế bộ lọc thông dải. - Cấu trúc EBG ba băng tần là một loại của cấu trúc EBG đồng phẳng biến dạng gồm nhiều phần tử điện dung và cuộn cảm tương đương
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt