Mục lục

Trang

LỜI NÓI ĐẦU . 3

TÓM TẮT NỘI DUNG 5

CÁC TỪ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN . 6

CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT ANTEN 7

1.1 Khái niệm về anten .... 7

1.2 Hệ phương trình Maxwell . 7

1.3 Quá trình vật lý của sự bức xạ sóng điện từ .. 7

1.4 Các thông số cơ bản của anten .. 8

1.4.1 Trở kháng vào của anten . 10

1.4.2 Hiệu suất của anten . 10

1.4.3 Hệ số hướng tính và hệ số tăng ích .. 11

1.4.4 Đồ thị phương hướng và góc bức xạ của anten 11

1.4.5 Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương 12

1.4.6 Tính phân cực của anten .. 13

1.4.7 Dải tần của anten . 13

1.5 Các hệ thống anten . 14

CHƯƠNG 2 ANTEN MẠCH DẢI ..................................................................... 16

2.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của anten mạch dải . 16

2.1.1 Cấu tạo . 16

2.1.2 Nguyên lý hoạt động của anten mạch dải 21

2.2 Tính phân cực của anten mạch dải . 22

2.3 Băng thông của anten mạch dải . 24

2.4 Phương pháp phân tích và thiết kế anten mạch dải ... 24

2.5 Nhược điểm của anten mạch dải và xu hướng phát triển .. 26

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN METAMATERIAL . 27

3.1 Định nghĩa metamaterial ... 27

3.2 Đặc điểm của metamaterial ... 27

3.2.1 Điều kiện entropy 33

3.2.2 Đảo ngược hiệu ứng Doppler .. 33

3.2.3 Đảo ngược hiện tượng khúc xạ ... 34

3.2.4 Ảnh hưởng đến các hệ số Fresnel ... 37

3.2.5 Đảo ngược hiệu ứng Goos-Hanchen .. 38

3.2.6 Đảo ngược sự hội tụ và phân kỳ trong thấu kính lồi và lõm .. 40

3.3 Hướng phát triển của Metamaterial . 41

3.3.1 Những vật liệu nhân tạo “thực sự” .. 41

3.3.2 Thấu kính và các thiết bị quang có chiết suất âm .................................... 42

3.3.3 Thiết bị bảo vệ anten và bề mặt chọn lựa tần số .................................... 44

3.3.4 MTMs linh hoạt .. .44

3.4 Lý thuyết anten metamaterial ...... 44

3.4.1 Cấu trúc CRLH TLs lý tưởng ...... 45

3.4.1.1 Những đặc tính cơ bản của TL .. 45

3.4.1.2 Cộng hưởng cân bằng và không cân bằng 51

3.4.1.3 Thiết kế mạng LC . 53

3.4.1.4 Xây dựng mô hình CRLH 1D ... 56

3.4.2 Lý thuyết anten bước sóng vô hạn trên cấu trúc chu kỳ . 57

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ ANTEN METAMATERIAL ... 61

4.1 Thiết kế anten metamaterial 61

4.2 Thực nghiệm và đo đạc ... 70

KẾT LUẬN CHUNG . 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO .. 75

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin đã xuất hiện từ rất lâu từ khi con người đã biết dùng lửa, tiếng động âm thanh, các kí hiệu tượng hình để liên lạc trao đổi. Trải qua quá trình phát triển, nhu cầu thông tin liên lạc của con người cũng đòi hỏi phù hợp với thực tế đó là nhanh, chính xác và xa trong khi đó nếu vẫn giữ cách thức liên lạc từ xa xưa thì không thể đáp ứng được vì khả năng hạn chế và sự rủi ro. Chính từ nhu cầu đó đã thôi thúc con người phải tìm ra cách thức liên lạc mới và đến năm 1837 Samuel Morse đã phát minh ra ám hiệu truyền tin dựa trên cách thức đóng mở dòng điện gây nên tiếng (tich te). Với phát minh này nó đã làm giảm đi nhiều độ rủi ro của thông tin tuy nhiên nó vẫn bị hạn chế bởi khoảng cách xa và cho đến năm 1894 Maxwell đã đưa ra lý thuyết về một dạng vật chất mới có thể lan truyền được đi xa và ngay cả trong chân không đó là sóng điện từ thì thông tin đã có thể khắc phục được hạn chế bởi khoảng cách địa lý. Điều này được thực tế hoá bởi Maconi, ông đã thành công trong việc truyền tín hiệu Morse bằng sóng vô tuyến qua Đại Tây Dương vào năm 1902. Sự kiện này đã mở ra một kỷ nguyên mới vể thông tin liên lạc, tạo tiền đề cho nhiều ứng dụng trong viễn thông sau này.

Đóng góp vào thông tin liên lạc thì không thể không kể tới vai trò của anten một thiết bị dùng để truyền đạt và thu nhận tín hiệu. Anten cũng đã xuất hiện từ lâu có thể nói nó cũng có cùng niên đại với thông tin liên lạc mới. Anten dần trở nên phổ biến từ khi xuất hiện những chiếc radio đầu tiên hay những chiếc ti vi đèn hình tất cả đều sử dụng đến nó. Lúc đó anten có cấu tạo rất đơn giản chỉ là những chiếc anten đơn cực sau dần là hệ thống anten Yagi được ứng dụng rất nhiều và phổ biến. Để đáp ứng nhu cầu thông tin liên lạc ngày càng phát triển thì công nghệ anten cũng phải phát triển theo điển hình là những ứng dụng truyền đi xa như thông tin vệ tinh thì anten phải thiết kế sao cho truyền được tín hiệu đi xa mà không tốn nhiều công suất phát, có thể sử dụng anten parabol để thu phát vì với loại anten này nó có độ lợi cao và độ định hướng lớn. Ngoài ra không thể không nói đến xu hướng của thời đại mới là nhỏ gọn, đa ứng dụng. Đây là những điều tất yếu và anten cũng vậy nó cũng phải nhỏ gọn để đáp ứng được yêu cầu trên, chính vì vậy mà từ những năm 70 mà công nghệ anten mạch dải đã được nghiên cứu và phát triển. Đặc điểm nổi bật của anten loại này là nhỏ gọn, dễ chế tạo, có độ định hướng tương đối cao, và đặc biệt là dễ dàng tích hợp với hệ thống xử lý tín hiệu. Những đặc tính trên đã giúp antnen mạch dải được quan tâm nhiều hơn trong công nghệ tương lai và hiện tại nó được sử dụng rất rộng rãi như trong công nghệ di động, mạng WLAN, anten thông minh và hệ thống tích hợp siêu cao tần. Tuy nhiên anten mạch dải cũng có những nhược điểm là :

 Băng thông hẹp, một số anten vi dải có độ lợi thấp

 Suy hao điện trở lớn trên cấu trúc cung cấp của mảng anten

 Có bức xạ thừa từ đường truyền và các mối nối

 Hiệu suất năng lượng có thể sử dụng được thấp

Để cải thiện được những nhược điểm trên đã có rất nhiều cách thức như hệ thống anten mảng (Array antenna) để tăng độ lợi cho anten, ngoài ra có thể điều khiển được búp sóng. Ngoài ra còn có những cải thiện về vật chất cho anten một trong những cải thiện đó là metamaterial vì nó có những đặc tính khác biệt so với các vật liệu thông thường như có , < 0 và có mode cộng hưởng sóng ngược Những đặc tính đó sẽ được lần lượt giới thiệu trong luận văn

Em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Anh đã đinh hướng cho em làm luận văn này, em cảm ơn thầy Thẩm Đức Phương và bạn bè đã có những góp ý và động viên em sâu sắc. Và đặc biệt em rất chân thành cảm ơn Thạc sĩ Trần Thị Thuý Quỳnh đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn cho em hoàn thành luận văn tốt nghiệp .

TÓM TẮT NỘI DUNG

Nội dung của khoá luận chia làm 4 chương:

Chương 1: Lý thuyết anten. Trong chương này giới thiệu một nét rất khái quát thế nào là hệ thống anten. Tiếp đến là giới thiệu các thông số cơ bản của anten trong lý thuyết cũng như trong thực tế. Và cuối cùng là một cái nhìn chung về hệ thống anten hiện đang được sử dụng trong nhiều lĩnh vực.

Chương 2: Anten mạch dải. Trong chương này giới thiệu những điều cơ bản về anten mạch dải như lịch sử ra đời, cấu tạo và nguyên lý hoạt động. Tiếp đến là các phương pháp phân tích và công thức tính toán cho anten mạch dải. Cuối cùng là hướng đi mới trong tương lai cho loại anten này.

Chương 3: Tổng quan Metamaterial. Đây chính là phần trọng tâm của luận văn đề cập đến vấn đề rất mới trên thế giới là công nghệ vật liệu nhân tạo có ,  < 0. Tiếp đến luận văn tập trung vào các hiện tượng xảy ra đối với loại vật liệu này có khác gì so với các vật liệu thông thường. Sau cùng là những ứng dụng của metamaterial trong đó có anten metamaterial.

Chương 4: Thiết kế anten metamaterial. Trong chương này phân tích khá rõ những thông số khi thiết kế và chỉ ra những lợi điểm của anten metamaterial. Cuối cùng là kết quả thực nghiệm và những lời kết luận khái quát.