Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của siêu vật liệu ứng dụng trong thiết kế anten và bộ hấp thụ sóng điện từ
Nhằm nghiên cứu thiết kế chế tạo và khảo sát tính chất siêu vật liệu hoạt động ở các dải tần khác nhau từ GHz đến THz, bộ hấp thụ sóng điện ứng dụng cấu trúc siêu vật liệu, trong đó có khảo sát đánh giá hiệu suất hấp thụ và ảnh hưởng của góc tới và phân cực sóng của bộ hấp thụ, nghiên cứu ảnh hưởng của các dạng cấu trúc và kích thước của siêu vật liệu lên tính chất hấp thụ của bộ hấp thụ để từ đó có thể đề xuất điều kiện tối ưu cho thiết kế và chế tạo bộ hấp thụ; nghiên cứu ứng dụng của siêu vật liệu trong thiết kế anten nhằm mục đích giảm nhỏ kích thước và nâng cao hiệu suất của anten, nhóm nghiên cứu Trường Đại học Vinh do PGS.TS. Nguyễn Thị Quỳnh Hoa làm chủ nhiệm đã đề xuất thực hiện đề tài: “Nghiên cứu cấu trúc và tính chất của siêu vật liệu ứng dụng trong thiết kế anten và bộ hấp thụ sóng điện từ”. Việc thực hiện đề tài này cũng sẽ góp phần lập ra một nhóm nghiên cứu hiệu quả để thực hiện các hoạt động nghiên cứu và đào tạo liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu thiết kế và ứng dụng của siêu vật liệu.
Sau một thời gian triển khai, nhóm nghiên cứu thu được các kết quả như sau:
1. Nghiên cứu cấu trúc và khảo sát tính chất của bộ hấp thụ siêu vật liệu băng rộng đa lớp kim loại - điện môi làm việc trong vùng ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần
Trong nghiên cứu này chúng tôi đề xuất thiết kế bộ hấp thụ băng rộng đa lớp kim loại - điện môi dựa trên cấu trúc hình trụ tròn. Sự phụ thuộc của góc nghiêng và số lớp kim loại - điện môi lên hiệu suất hấp thụ, độ rộng băng thông và hiệu năng của bộ hấp thụ cũng đã được khảo sát. Bằng cách tối ưu tham số, bộ hấp thụ băng rộng có thể đạt được hiệu suất lên hơn 90% trong dải tần từ ánh sáng nhìn thấy đến hồng ngoại gần 480-1480 nm tương ứng với băng thông hấp thụ tương đối 102% có thể đạt được. Hiệu suất này có thể duy trì lớn hơn 80% với góc tới rộng lên đến 60° và không phụ thuộc vào sự phân cực sóng do tính chất đối xứng của cấu trúc hấp thụ.
2. Nghiên cứu cấu trúc và khảo sát tính chất của bộ hấp thụ siêu vật liệu băng rộng đơn lớp kim loại - điện môi - kim loại làm việc trong vùng sóng vi ba và ánh sáng nhìn thấy
Các bộ hấp thụ siêu vật liệu với cấu trúc đơn lớp đã được nghiên cứu thiết kế. Ảnh hưởng của các hình dạng của mặt cộng hưởng với các bậc đối xứng khác nhau và các loại vật liệu khác nhau cũng đã được nghiên cứu và khảo sát. Kết quả nghiên cứu cho thấy tần số cộng hưởng của bộ hấp thụ giảm khi tăng bậc đối xứng của bề mặt cộng hưởng. Với cấu trúc mặt 2 cộng hưởng hình DSA với bậc đối xứng loại 2 sử dụng kim loại vàng cho thu được dải hấp thụ siêu rộng ttong miền ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần từ 320 nm - 982 nm với hệ số hấp thụ lớn hơn 90%. Bên cạnh đó, cấu trúc này cũng có thể sử dụng với kim loại giá thảnh rẻ cũng đạt được phổ hấp thụ trên toàn bộ miền ánh sáng nhìn thấy từ 400 nm - 700nm. Cơ chế hấp thụ của cấu trúc này dựa trên plasmon bề mặt lan truyền (PSP) và định xứ (LSP). Bên cạnh đó cấu trúc đối xứng bậc 2 cũng có thể sử dụng trong thiết kế bộ hấp thụ băng rộng ở dải tần GHz.
3. Nghiên cứu cấu trúc và khảo sát tính chất của bộ hấp thụ đa tần dựa trên cấu trúc kim loại - điện môi làm việc trong dải tần THz
Trong nghiên cứu này chúng tôi đã nghiên cứu được bộ hấp thụ sóng điện từ THz không phụ thuộc sóng điện từ dựa trên sắp xếp hai cấu trúc bất đối xứng hình chữ nhật. Bộ hấp thụ đạt được hai đỉnh hấp thụ với hệ số hấp thụ lớn hơn 97.6 % ở tần số 3.35 THz và 96.9 % ở tần số 9.0 THz. Hệ số hấp thụ vẫn có thể duy trì lên đến 80% khi góc tới của sóng điện từ lớn lên đến 60 độ trong cả hai phân cực TE và TM. Cơ chế hấp thụ của bộ hấp thụ này cũng đã được nghiên cứu là do cơ chế cộng hưởng từ. Kết quả thu được này cho thấy bộ hấp thụ đa tần số có thể phù hợp cho các ứng dụng ở dải tần THz như cảm biến, xử lý hình ảnh…
4. Nghiên cứu thiết kế và đánh giá các tham số kỹ thuật của anten sử dụng cấu trúc siêu vật liệu CSRR
Sử dụng cấu trúc siêu vật liệu CSRR khắc trên mặt đất của anten vi dải từ đó có thể giảm nhỏ kích thước và tăng hiệu năng của anten. Kết quả nghiên cứu thiết kế và mô phỏng anten vi dải MIMO 3 cổng bằng phần mềm HFSS trên nền vật liệu FR4 cho thấy sử dụng cấu trúc siêu vật liệu CSRR có thể giảm nhỏ 77% kích thước anten. Các đặc tính kỹ thuật của anten đạt được phù hợp cho các ứng dụng trong hệ thống WLAN như hệ sóng tăng ích lớn hơn 5 dB, hệ số cách ly nhỏ hơn -11 dB; hệ số ECC.
Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17755/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.
