Với sự phổ biến ngày càng tăng của các thiết bị không dây, dịch vụ dữ liệu đã bước vào một giai đoạn phát triển nhanh chóng mới, hay còn gọi là sự bùng nổ của dịch vụ dữ liệu. Hiện nay, một lượng lớn ứng dụng đang dần chuyển từ máy tính sang các thiết bị không dây như điện thoại di động, vốn dễ dàng mang theo và hoạt động theo thời gian thực, nhưng tình trạng này cũng dẫn đến sự gia tăng nhanh chóng lưu lượng dữ liệu và tình trạng thiếu hụt tài nguyên băng thông. Theo thống kê, tốc độ dữ liệu trên thị trường có thể đạt tới Gbps hoặc thậm chí Tbps trong 10 đến 15 năm tới. Hiện tại, truyền thông THz đã đạt tốc độ dữ liệu Gbps, trong khi tốc độ dữ liệu Tbps vẫn đang trong giai đoạn đầu phát triển. Một bài báo liên quan đã liệt kê những tiến bộ mới nhất về tốc độ dữ liệu Gbps dựa trên băng tần THz và dự đoán rằng Tbps có thể đạt được thông qua ghép kênh phân cực. Do đó, để tăng tốc độ truyền dữ liệu, một giải pháp khả thi là phát triển một băng tần mới, đó là băng tần terahertz, nằm trong "vùng trống" giữa sóng vi ba và ánh sáng hồng ngoại. Tại Hội nghị Thông tin Vô tuyến Thế giới ITU (WRC-19) năm 2019, dải tần số 275-450 GHz đã được sử dụng cho các dịch vụ cố định và di động mặt đất. Có thể thấy rằng hệ thống thông tin vô tuyến terahertz đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu.
Sóng điện từ Terahertz thường được định nghĩa là dải tần số 0,1-10THz (1THz = 1012Hz) với bước sóng 0,03-3 mm. Theo tiêu chuẩn IEEE, sóng Terahertz được định nghĩa là 0,3-10THz. Hình 1 cho thấy dải tần số Terahertz nằm giữa sóng vi ba và ánh sáng hồng ngoại.
Hình 1 Sơ đồ băng tần THz.
Phát triển ăng-ten Terahertz
Mặc dù nghiên cứu về terahertz bắt đầu từ thế kỷ 19, nhưng vào thời điểm đó, nó chưa được nghiên cứu như một lĩnh vực độc lập. Nghiên cứu về bức xạ terahertz chủ yếu tập trung vào dải hồng ngoại xa. Mãi đến giữa đến cuối thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu mới bắt đầu đưa nghiên cứu sóng milimet lên dải terahertz và tiến hành nghiên cứu công nghệ terahertz chuyên biệt.
Vào những năm 1980, sự xuất hiện của các nguồn bức xạ terahertz đã giúp việc ứng dụng sóng terahertz vào các hệ thống thực tế trở nên khả thi. Kể từ thế kỷ 21, công nghệ truyền thông không dây đã phát triển nhanh chóng, nhu cầu thông tin của con người và sự gia tăng về thiết bị truyền thông đã đặt ra những yêu cầu khắt khe hơn về tốc độ truyền dữ liệu. Do đó, một trong những thách thức của công nghệ truyền thông trong tương lai là vận hành ở tốc độ dữ liệu cao lên đến hàng gigabit/giây tại một địa điểm. Với sự phát triển kinh tế hiện nay, tài nguyên phổ tần ngày càng khan hiếm. Tuy nhiên, nhu cầu của con người về năng lực và tốc độ truyền thông là vô tận. Đối với vấn đề tắc nghẽn phổ tần, nhiều công ty sử dụng công nghệ đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) để cải thiện hiệu suất phổ tần và dung lượng hệ thống thông qua ghép kênh không gian. Với sự phát triển của mạng 5G, tốc độ kết nối dữ liệu của mỗi người dùng sẽ vượt quá Gbps, và lưu lượng dữ liệu của các trạm gốc cũng sẽ tăng lên đáng kể. Đối với các hệ thống truyền thông sóng milimet truyền thống, các liên kết vi sóng sẽ không thể xử lý được những luồng dữ liệu khổng lồ này. Ngoài ra, do ảnh hưởng của đường truyền, khoảng cách truyền dẫn của liên lạc hồng ngoại ngắn và vị trí đặt thiết bị liên lạc cố định. Do đó, sóng THz, nằm giữa sóng vi ba và hồng ngoại, có thể được sử dụng để xây dựng hệ thống liên lạc tốc độ cao và tăng tốc độ truyền dữ liệu bằng cách sử dụng liên kết THz.
Sóng Terahertz có thể cung cấp băng thông truyền thông rộng hơn, với dải tần số gấp khoảng 1000 lần so với truyền thông di động. Do đó, việc sử dụng THz để xây dựng các hệ thống truyền thông không dây tốc độ cực cao là một giải pháp đầy hứa hẹn cho thách thức về tốc độ dữ liệu cao, thu hút sự quan tâm của nhiều nhóm nghiên cứu và ngành công nghiệp. Vào tháng 9 năm 2017, tiêu chuẩn truyền thông không dây THz đầu tiên, IEEE 802.15.3d-2017, đã được phát hành, định nghĩa việc trao đổi dữ liệu điểm-điểm trong dải tần số THz thấp hơn từ 252-325 GHz. Lớp vật lý thay thế (PHY) của liên kết có thể đạt tốc độ dữ liệu lên đến 100 Gbps ở các băng thông khác nhau.
Hệ thống truyền thông THz thành công đầu tiên có tần số 0,12 THz được thiết lập vào năm 2004 và hệ thống truyền thông THz có tần số 0,3 THz được hiện thực hóa vào năm 2013. Bảng 1 liệt kê tiến trình nghiên cứu hệ thống truyền thông terahertz tại Nhật Bản từ năm 2004 đến năm 2013.
Bảng 1 Tiến độ nghiên cứu hệ thống truyền thông terahertz tại Nhật Bản từ năm 2004 đến năm 2013
Cấu trúc ăng-ten của hệ thống truyền thông được phát triển vào năm 2004 đã được Nippon Telegraph and Telephone Corporation (NTT) mô tả chi tiết vào năm 2005. Cấu hình ăng-ten được giới thiệu trong hai trường hợp, như thể hiện trong Hình 2.
Hình 2 Sơ đồ hệ thống truyền thông không dây NTT 120 GHz của Nhật Bản
Hệ thống tích hợp chuyển đổi quang điện và ăng-ten và áp dụng hai chế độ làm việc:
1. Trong môi trường trong nhà tầm gần, bộ phát ăng-ten phẳng được sử dụng trong nhà bao gồm một chip quang điện một dòng (UTC-PD), một ăng-ten khe phẳng và một thấu kính silicon, như minh họa trong Hình 2(a).
2. Trong môi trường ngoài trời tầm xa, để cải thiện ảnh hưởng của suy hao truyền dẫn lớn và độ nhạy thấp của đầu dò, ăng-ten phát phải có độ lợi cao. Ăng-ten terahertz hiện tại sử dụng thấu kính quang học Gaussian với độ lợi lớn hơn 50 dBi. Sự kết hợp giữa sừng cấp nguồn và thấu kính điện môi được thể hiện trong Hình 2(b).
Ngoài việc phát triển hệ thống truyền thông 0,12 THz, NTT còn phát triển hệ thống truyền thông 0,3 THz vào năm 2012. Thông qua việc tối ưu hóa liên tục, tốc độ truyền tải có thể đạt tới 100Gbps. Như có thể thấy từ Bảng 1, hệ thống này đã đóng góp to lớn vào sự phát triển của truyền thông terahertz. Tuy nhiên, các nghiên cứu hiện tại có nhược điểm là tần số hoạt động thấp, kích thước lớn và chi phí cao.
Hầu hết các ăng-ten terahertz hiện đang được sử dụng đều được cải tiến từ ăng-ten sóng milimet, và ăng-ten terahertz có rất ít cải tiến. Do đó, để cải thiện hiệu suất của hệ thống truyền thông terahertz, một nhiệm vụ quan trọng là tối ưu hóa ăng-ten terahertz. Bảng 2 liệt kê tiến độ nghiên cứu về truyền thông THz của Đức. Hình 3 (a) cho thấy một hệ thống truyền thông không dây THz tiêu biểu kết hợp quang tử và điện tử. Hình 3 (b) cho thấy bối cảnh thử nghiệm trong đường hầm gió. Xét về tình hình nghiên cứu hiện tại ở Đức, hoạt động nghiên cứu và phát triển của nước này cũng có những nhược điểm như tần số hoạt động thấp, chi phí cao và hiệu suất thấp.
Bảng 2 Tiến độ nghiên cứu về truyền thông THz ở Đức
Hình 3 Cảnh thử nghiệm đường hầm gió
Trung tâm CNTT CSIRO cũng đã khởi xướng nghiên cứu về hệ thống truyền thông không dây trong nhà THz. Trung tâm đã nghiên cứu mối quan hệ giữa năm và tần số truyền thông, như thể hiện trong Hình 4. Như có thể thấy từ Hình 4, đến năm 2020, nghiên cứu về truyền thông không dây sẽ tập trung vào băng tần THz. Tần số truyền thông tối đa sử dụng phổ vô tuyến tăng khoảng mười lần sau mỗi hai mươi năm. Trung tâm đã đưa ra khuyến nghị về các yêu cầu đối với ăng-ten THz và đề xuất các loại ăng-ten truyền thống như loa và thấu kính cho hệ thống truyền thông THz. Như thể hiện trong Hình 5, hai ăng-ten loa hoạt động ở tần số 0,84THz và 1,7THz, với cấu trúc đơn giản và hiệu suất chùm tia Gauss tốt.
Hình 4 Mối quan hệ giữa năm và tần suất
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Hình 5 Hai loại ăng-ten sừng
Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về việc phát xạ và phát hiện sóng terahertz. Các phòng thí nghiệm nghiên cứu terahertz nổi tiếng bao gồm Phòng thí nghiệm Động cơ Phản lực (JPL), Trung tâm Máy gia tốc Tuyến tính Stanford (SLAC), Phòng thí nghiệm Quốc gia Hoa Kỳ (LLNL), Cơ quan Hàng không và Vũ trụ Quốc gia (NASA), Quỹ Khoa học Quốc gia (NSF), v.v. Các ăng-ten terahertz mới cho các ứng dụng terahertz đã được thiết kế, chẳng hạn như ăng-ten hình nơ và ăng-ten định hướng chùm tần số. Theo sự phát triển của ăng-ten terahertz, hiện tại chúng ta có thể có ba ý tưởng thiết kế cơ bản cho ăng-ten terahertz, như thể hiện trong Hình 6.
Hình 6 Ba ý tưởng thiết kế cơ bản cho ăng-ten terahertz
Phân tích trên cho thấy mặc dù nhiều quốc gia đã rất quan tâm đến ăng-ten terahertz, nhưng nó vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển ban đầu. Do suy hao lan truyền và hấp thụ phân tử cao, ăng-ten THz thường bị giới hạn bởi khoảng cách truyền và vùng phủ sóng. Một số nghiên cứu tập trung vào tần số hoạt động thấp hơn trong băng tần THz. Các nghiên cứu về ăng-ten terahertz hiện tại chủ yếu tập trung vào việc cải thiện độ lợi bằng cách sử dụng ăng-ten thấu kính điện môi, v.v. và cải thiện hiệu suất truyền thông bằng cách sử dụng các thuật toán phù hợp. Ngoài ra, làm thế nào để cải thiện hiệu quả của việc đóng gói ăng-ten terahertz cũng là một vấn đề rất cấp bách.
Ăng-ten THz chung
Có nhiều loại ăng-ten THz: ăng-ten lưỡng cực với khoang hình nón, mảng phản xạ góc, lưỡng cực hình nơ bướm, ăng-ten phẳng thấu kính điện môi, ăng-ten quang dẫn để tạo nguồn bức xạ THz, ăng-ten hình sừng, ăng-ten THz dựa trên vật liệu graphene, v.v. Theo vật liệu được sử dụng để chế tạo ăng-ten THz, chúng có thể được chia thành ăng-ten kim loại (chủ yếu là ăng-ten hình sừng), ăng-ten điện môi (ăng-ten thấu kính) và ăng-ten vật liệu mới. Phần này trước tiên sẽ phân tích sơ bộ về các loại ăng-ten này, sau đó trong phần tiếp theo, năm loại ăng-ten THz điển hình sẽ được giới thiệu chi tiết và phân tích sâu hơn.
1. Ăng-ten kim loại
Ăng-ten sừng là ăng-ten kim loại điển hình được thiết kế để hoạt động trong dải tần THz. Ăng-ten của máy thu sóng milimet cổ điển là loại hình sừng hình nón. Ăng-ten dạng sóng và ăng-ten chế độ kép có nhiều ưu điểm, bao gồm mẫu bức xạ đối xứng quay, độ lợi cao từ 20 đến 30 dBi và mức phân cực chéo thấp -30 dB, cùng hiệu suất ghép nối từ 97% đến 98%. Băng thông khả dụng của hai ăng-ten sừng lần lượt là 30%-40% và 6%-8%.
Do tần số sóng terahertz rất cao, kích thước của ăng-ten sừng rất nhỏ, khiến việc xử lý sừng rất khó khăn, đặc biệt là trong thiết kế mảng ăng-ten, và sự phức tạp của công nghệ xử lý dẫn đến chi phí quá cao và sản lượng hạn chế. Do khó khăn trong việc chế tạo phần đáy của thiết kế sừng phức tạp, ăng-ten sừng đơn giản dưới dạng hình nón hoặc sừng hình nón thường được sử dụng, giúp giảm chi phí và độ phức tạp của quy trình, đồng thời duy trì tốt hiệu suất bức xạ của ăng-ten.
Một ăng-ten kim loại khác là ăng-ten kim tự tháp sóng lan truyền, bao gồm một ăng-ten sóng lan truyền được tích hợp trên một màng điện môi 1,2 micron và được treo trong một khoang dọc được khắc trên một tấm wafer silicon, như thể hiện trong Hình 7. Ăng-ten này có cấu trúc mở, tương thích với điốt Schottky. Do cấu trúc tương đối đơn giản và yêu cầu sản xuất thấp, nó thường có thể được sử dụng trong các dải tần số trên 0,6 THz. Tuy nhiên, mức thùy bên và mức phân cực chéo của ăng-ten khá cao, có thể là do cấu trúc mở của nó. Do đó, hiệu suất ghép nối của nó tương đối thấp (khoảng 50%).
Hình 7 Ăng-ten hình chóp sóng lan truyền
2. Ăng-ten điện môi
Ăng-ten điện môi là sự kết hợp giữa đế điện môi và bộ tản nhiệt ăng-ten. Nhờ thiết kế hợp lý, ăng-ten điện môi có thể đạt được sự phối hợp trở kháng với bộ dò, với ưu điểm là quy trình đơn giản, tích hợp dễ dàng và chi phí thấp. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một số ăng-ten băng hẹp và băng thông rộng có thể phối hợp với bộ dò trở kháng thấp của ăng-ten điện môi terahertz: ăng-ten bướm, ăng-ten hình chữ U kép, ăng-ten log-periodic và ăng-ten sin log-periodic, như thể hiện trong Hình 8. Ngoài ra, các hình dạng ăng-ten phức tạp hơn có thể được thiết kế thông qua thuật toán di truyền.
Hình 8 Bốn loại ăng-ten phẳng
Tuy nhiên, do ăng-ten điện môi được kết hợp với đế điện môi, hiệu ứng sóng bề mặt sẽ xảy ra khi tần số hướng đến dải THz. Nhược điểm nghiêm trọng này sẽ khiến ăng-ten bị mất rất nhiều năng lượng trong quá trình hoạt động và dẫn đến giảm đáng kể hiệu suất bức xạ của ăng-ten. Như thể hiện trong Hình 9, khi góc bức xạ của ăng-ten lớn hơn góc cắt, năng lượng của nó bị giới hạn trong đế điện môi và được kết hợp với chế độ đế.
Hình 9 Hiệu ứng sóng bề mặt ăng-ten
Khi độ dày của lớp nền tăng lên, số lượng mode bậc cao cũng tăng lên, và sự kết hợp giữa ăng-ten và lớp nền cũng tăng lên, dẫn đến tổn thất năng lượng. Để làm suy yếu hiệu ứng sóng bề mặt, có ba phương án tối ưu hóa:
1) Lắp một thấu kính vào ăng-ten để tăng độ khuếch đại bằng cách sử dụng đặc tính định hướng chùm tia của sóng điện từ.
2) Giảm độ dày của chất nền để ngăn chặn sự phát sinh các chế độ sóng điện từ bậc cao.
3) Thay thế vật liệu điện môi nền bằng một dải khoảng cách điện từ (EBG). Đặc tính lọc không gian của EBG có thể triệt tiêu các chế độ bậc cao.
3. Ăng-ten vật liệu mới
Ngoài hai ăng-ten trên, còn có một ăng-ten terahertz được làm bằng vật liệu mới. Ví dụ, vào năm 2006, Jin Hao và cộng sự đã đề xuất một ăng-ten lưỡng cực ống nano cacbon. Như thể hiện trong Hình 10 (a), lưỡng cực được làm bằng ống nano cacbon thay vì vật liệu kim loại. Ông đã nghiên cứu cẩn thận các tính chất hồng ngoại và quang học của ăng-ten lưỡng cực ống nano cacbon và thảo luận về các đặc điểm chung của ăng-ten lưỡng cực ống nano cacbon có chiều dài hữu hạn, chẳng hạn như trở kháng đầu vào, phân bố dòng điện, độ lợi, hiệu suất và mẫu bức xạ. Hình 10 (b) cho thấy mối quan hệ giữa trở kháng đầu vào và tần số của ăng-ten lưỡng cực ống nano cacbon. Như có thể thấy trong Hình 10 (b), phần ảo của trở kháng đầu vào có nhiều số không ở tần số cao hơn. Điều này chỉ ra rằng ăng-ten có thể đạt được nhiều cộng hưởng ở các tần số khác nhau. Rõ ràng, ăng-ten ống nano cacbon thể hiện cộng hưởng trong một dải tần số nhất định (tần số THz thấp hơn), nhưng hoàn toàn không thể cộng hưởng ngoài dải này.
Hình 10 (a) Ăng-ten lưỡng cực ống nano cacbon. (b) Đường cong trở kháng-tần số đầu vào
Năm 2012, Samir F. Mahmoud và Ayed R. AlAjmi đã đề xuất một cấu trúc ăng-ten terahertz mới dựa trên ống nano carbon, bao gồm một bó ống nano carbon được bọc trong hai lớp điện môi. Lớp điện môi bên trong là lớp bọt điện môi, và lớp điện môi bên ngoài là lớp siêu vật liệu. Cấu trúc cụ thể được thể hiện trong Hình 11. Qua thử nghiệm, hiệu suất bức xạ của ăng-ten đã được cải thiện so với ống nano carbon thành đơn.
Hình 11 Ăng-ten terahertz mới dựa trên ống nano carbon
Các ăng-ten terahertz vật liệu mới được đề xuất ở trên chủ yếu là ăng-ten ba chiều. Để cải thiện băng thông của ăng-ten và tạo ra ăng-ten bảo giác, ăng-ten graphene phẳng đã nhận được sự quan tâm rộng rãi. Graphene có đặc tính điều khiển liên tục động tuyệt vời và có thể tạo ra plasma bề mặt bằng cách điều chỉnh điện áp phân cực. Plasma bề mặt tồn tại trên giao diện giữa các nền có hằng số điện môi dương (như Si, SiO2, v.v.) và các nền có hằng số điện môi âm (như kim loại quý, graphene, v.v.). Có một số lượng lớn "electron tự do" trong các vật dẫn như kim loại quý và graphene. Các electron tự do này còn được gọi là plasma. Do trường thế vốn có trong vật dẫn, các plasma này ở trạng thái ổn định và không bị nhiễu loạn bởi thế giới bên ngoài. Khi năng lượng sóng điện từ tới được ghép nối với các plasma này, các plasma sẽ lệch khỏi trạng thái ổn định và rung động. Sau khi chuyển đổi, chế độ điện từ tạo thành sóng từ ngang tại giao diện. Theo mô tả về mối quan hệ phân tán của plasma bề mặt kim loại theo mô hình Drude, kim loại không thể tự nhiên ghép nối với sóng điện từ trong không gian tự do và chuyển đổi năng lượng. Cần phải sử dụng các vật liệu khác để kích thích sóng plasma bề mặt. Sóng plasma bề mặt phân rã nhanh theo hướng song song của giao diện kim loại-chất nền. Khi dây dẫn kim loại dẫn điện theo hướng vuông góc với bề mặt, hiệu ứng bề mặt sẽ xảy ra. Rõ ràng, do kích thước nhỏ của ăng-ten nên có hiệu ứng bề mặt ở dải tần số cao, khiến hiệu suất của ăng-ten giảm mạnh và không thể đáp ứng các yêu cầu của ăng-ten terahertz. Plasmon bề mặt của graphene không chỉ có lực liên kết cao hơn và tổn thất thấp hơn mà còn hỗ trợ điều chỉnh điện liên tục. Ngoài ra, graphene có độ dẫn điện phức tạp trong dải terahertz. Do đó, sự lan truyền sóng chậm có liên quan đến chế độ plasma ở tần số terahertz. Những đặc điểm này chứng minh đầy đủ tính khả thi của graphene trong việc thay thế vật liệu kim loại trong dải terahertz.
Dựa trên hành vi phân cực của plasmon bề mặt graphene, Hình 12 cho thấy một loại ăng-ten dải mới và đề xuất hình dạng dải của đặc tính lan truyền của sóng plasma trong graphene. Thiết kế dải ăng-ten có thể điều chỉnh cung cấp một phương pháp mới để nghiên cứu đặc tính lan truyền của ăng-ten terahertz vật liệu mới.
Hình 12 Ăng-ten dải mới
Ngoài việc khám phá các thành phần ăng-ten terahertz vật liệu mới, ăng-ten terahertz graphene nanopatch cũng có thể được thiết kế thành các mảng để xây dựng hệ thống thông tin liên lạc ăng-ten đa đầu vào đa đầu ra terahertz. Cấu trúc ăng-ten được thể hiện trong Hình 13. Dựa trên các đặc tính độc đáo của ăng-ten graphene nanopatch, các thành phần ăng-ten có kích thước cỡ micron. Lắng đọng hơi hóa học tổng hợp trực tiếp các hình ảnh graphene khác nhau trên một lớp niken mỏng và truyền chúng đến bất kỳ chất nền nào. Bằng cách lựa chọn số lượng thành phần phù hợp và thay đổi điện áp phân cực tĩnh điện, hướng bức xạ có thể được thay đổi hiệu quả, giúp hệ thống có thể cấu hình lại.
Hình 13 Mảng ăng-ten terahertz nanopatch graphene
Nghiên cứu vật liệu mới là một hướng đi tương đối mới. Sự đổi mới vật liệu được kỳ vọng sẽ vượt qua những hạn chế của ăng-ten truyền thống và phát triển nhiều loại ăng-ten mới, chẳng hạn như siêu vật liệu có thể cấu hình lại, vật liệu hai chiều (2D), v.v. Tuy nhiên, loại ăng-ten này chủ yếu phụ thuộc vào việc đổi mới vật liệu mới và sự tiến bộ của công nghệ xử lý. Dù sao đi nữa, việc phát triển ăng-ten terahertz đòi hỏi vật liệu tiên tiến, công nghệ xử lý chính xác và cấu trúc thiết kế mới để đáp ứng các yêu cầu về độ lợi cao, chi phí thấp và băng thông rộng của ăng-ten terahertz.
Phần sau đây giới thiệu các nguyên lý cơ bản của ba loại ăng-ten terahertz: ăng-ten kim loại, ăng-ten điện môi và ăng-ten vật liệu mới, đồng thời phân tích sự khác biệt cũng như ưu điểm và nhược điểm của chúng.
1. Ăng-ten kim loại: Hình dạng đơn giản, dễ gia công, chi phí tương đối thấp và yêu cầu vật liệu nền thấp. Tuy nhiên, ăng-ten kim loại sử dụng phương pháp cơ học để điều chỉnh vị trí ăng-ten, dễ xảy ra sai sót. Nếu điều chỉnh không chính xác, hiệu suất của ăng-ten sẽ giảm đáng kể. Mặc dù ăng-ten kim loại có kích thước nhỏ, nhưng khó lắp ráp với mạch phẳng.
2. Ăng-ten điện môi: Ăng-ten điện môi có trở kháng đầu vào thấp, dễ dàng kết hợp với bộ dò trở kháng thấp và tương đối dễ dàng kết nối với mạch phẳng. Hình dạng hình học của ăng-ten điện môi bao gồm hình cánh bướm, hình chữ U kép, hình logarit thông thường và hình sin tuần hoàn logarit. Tuy nhiên, ăng-ten điện môi cũng có một nhược điểm nghiêm trọng, đó là hiệu ứng sóng bề mặt do lớp nền dày gây ra. Giải pháp là lắp thấu kính và thay thế lớp nền điện môi bằng cấu trúc EBG. Cả hai giải pháp đều đòi hỏi sự đổi mới và cải tiến liên tục về công nghệ quy trình và vật liệu, nhưng hiệu suất tuyệt vời của chúng (như tính đa hướng và khả năng triệt tiêu sóng bề mặt) có thể mang lại những ý tưởng mới cho việc nghiên cứu ăng-ten terahertz.
3. Anten vật liệu mới: Hiện nay, các loại anten lưỡng cực mới làm từ ống nano carbon và các cấu trúc anten mới làm từ siêu vật liệu đã xuất hiện. Vật liệu mới có thể mang lại những đột phá về hiệu suất, nhưng tiền đề là sự đổi mới của khoa học vật liệu. Hiện tại, nghiên cứu về anten vật liệu mới vẫn đang trong giai đoạn thăm dò, và nhiều công nghệ then chốt vẫn chưa đủ hoàn thiện.
Tóm lại, có thể lựa chọn các loại ăng-ten terahertz khác nhau tùy theo yêu cầu thiết kế:
1) Nếu cần thiết kế đơn giản và chi phí sản xuất thấp, có thể chọn ăng-ten kim loại.
2) Nếu cần độ tích hợp cao và trở kháng đầu vào thấp, có thể chọn ăng-ten điện môi.
3) Nếu cần đột phá về hiệu suất, có thể lựa chọn ăng-ten vật liệu mới.
Các thiết kế trên cũng có thể được điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể. Ví dụ, có thể kết hợp hai loại ăng-ten để đạt được nhiều ưu điểm hơn, nhưng phương pháp lắp ráp và công nghệ thiết kế phải đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt hơn.
Để tìm hiểu thêm về ăng-ten, vui lòng truy cập:
Thời gian đăng: 02-08-2024
