Với sự phổ biến ngày càng tăng của các thiết bị không dây, dịch vụ dữ liệu đã bước vào một thời kỳ phát triển nhanh chóng mới, còn được gọi là sự tăng trưởng bùng nổ của dịch vụ dữ liệu. Hiện nay, một số lượng lớn các ứng dụng đang dần chuyển đổi từ máy tính sang các thiết bị không dây như điện thoại di động, dễ dàng mang theo và vận hành theo thời gian thực, tuy nhiên tình trạng này cũng dẫn đến lưu lượng dữ liệu tăng nhanh và 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 phát triển ban đầu. Một bài báo liên quan liệt kê 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. Vì vậy, để tăng tốc độ truyền tải dữ liệu, giải pháp khả thi là phát triển dải tần mới là dải tần terahertz, nằm trong “vùng trống” giữa vi sóng và tia hồng ngoại. Tại Hội nghị Thông tin vô tuyến thế giới ITU (WRC-19) năm 2019, dải tần 275-450GHz đã được sử dụng cho các dịch vụ cố định và di động mặt đất. Có thể thấy, hệ thống thông tin không dây terahertz đã thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu.
Sóng điện từ Terahertz thường được định nghĩa là dải tần 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 terahertz nằm giữa sóng vi ba và tia hồng ngoại.
Hình 1 Sơ đồ dải tần THz.
Sự phát triển của Anten Terahertz
Mặc dù nghiên cứu về terahertz bắt đầu vào thế kỷ 19 nhưng nó chưa được nghiên cứu như một lĩnh vực độc lập vào thời điểm đó. 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 đẩy mạnh nghiên cứu sóng milimet đến dải tần 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 khiến cho việc ứng dụng sóng terahertz trong 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 của thiết bị liên lạc đã đặt ra những yêu cầu nghiêm ngặt hơn về tốc độ truyền dữ liệu truyền thông. Do đó, một trong những thách thức của công nghệ truyền thông trong tương lai là vận hành ở tốc độ dữ liệu cao hàng gigabit/giây ở một địa điểm. Với sự phát triển kinh tế hiện nay, tài nguyên phổ tần ngày càng trở nên khan hiếm. Tuy nhiên, yêu cầu của con người về khả năng và tốc độ liên lạc là vô tận. Đối với vấn đề tắc nghẽn phổ, nhiều công ty sử dụng công nghệ đa đầu vào, nhiều đầu ra (MIMO) để cải thiện hiệu suất phổ và dung lượng hệ thống thông qua ghép kênh không gian. Với sự tiến bộ 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 đáng kể. Đối với các hệ thống thông tin 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 ngắm nên khoảng cách truyền của liên lạc hồng ngoại ngắn và vị trí của thiết bị liên lạc là 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 liên lạc rộng hơn và dải tần của nó gấp khoảng 1000 lần so với tần số liên lạc di động. Vì vậy, sử dụng THz để xây dựng 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, đã 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, tiêu chuẩn này xác định việc trao đổi dữ liệu điểm-điểm ở dải tần THz thấp hơn là 252-325 GHz. Lớp vật lý thay thế (PHY) của liên kết có thể đạt tốc độ dữ liệu lên tới 100 Gbps ở các băng thông khác nhau.
Hệ thống truyền thông THz 0,12 THz thành công đầu tiên được thành lập vào năm 2004 và hệ thống truyền thông THz 0,3 THz được triển khai vào năm 2013. Bảng 1 liệt kê tiến trình nghiên cứu về hệ thống truyền thông terahertz ở Nhật Bản từ năm 2004 đến năm 2013.
Bảng 1 Tiến độ nghiên cứu hệ thống thông tin terahertz ở Nhật Bản từ 2004 đến 2013
Cấu trúc ăng-ten của hệ thống thông tin liên lạc được phát triển năm 2004 đã được Tập đoàn Điện thoại và Điện thoại Nippon (NTT) mô tả chi tiết vào năm 2005. Cấu hình ăng-ten được giới thiệu trong hai trường hợp, như trong Hình 2.
Hình 2 Sơ đồ hệ thống thông tin 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 chip photodiode sóng mang đơn dòng (UTC-PD), ăng-ten khe phẳng và thấu kính silicon, như trong Hình 2(a).
2. Trong môi trường ngoài trời tầm xa, để cải thiện ảnh hưởng của tổn thất truyền lớn và độ nhạy thấp của máy dò, ăng ten máy phát phải có mức tăng cao. Ăng-ten terahertz hiện tại sử dụng thấu kính quang học Gaussian có mức tăng hơn 50 dBi. Sự kết hợp của còi cấp liệu và thấu kính điện môi được thể hiện trong Hình 2(b).
Ngoài việc phát triển hệ thống liên lạc 0,12 THz, NTT còn phát triển hệ thống liên lạc 0,3THz vào năm 2012. Thông qua tối ưu hóa liên tục, tốc độ truyền có thể lên tới 100Gbps. Như có thể thấy trong Bảng 1, nó đã đóng góp rất lớn cho sự phát triển của truyền thông terahertz. Tuy nhiên, công trình nghiên cứu hiện nay có nhược điểm là tần số hoạt động thấp, kích thước lớn và giá thành cao.
Hầu hết các ăng-ten terahertz hiện đang được sử dụng đều được sửa đổi từ ăng-ten sóng milimet và có rất ít sự đổi mới về ăng-ten terahertz. Vì vậy, để cải thiện hiệu suất của hệ thống thông tin terahertz, một nhiệm vụ quan trọng là tối ưu hóa ăng-ten terahertz. Bảng 2 liệt kê tiến độ nghiên cứu về giao tiếp THz của Đức. Hình 3 (a) thể hiện một hệ thống liên lạc không dây THz tiêu biểu kết hợp quang tử học và điện tử. Hình 3 (b) thể hiện cảnh thử nghiệm trong hầm gió. Đánh giá từ tình hình nghiên cứu hiện nay ở Đức, hoạt động nghiên cứu và phát triển của nước này cũng có những nhược điểm như tần suất hoạt động thấp, chi phí cao và hiệu quả thấp.
Bảng 2 Tiến độ nghiên cứu truyền thông THz ở Đức
Hình 3 Hiện trường thử nghiệm hầm gió
Trung tâm CNTT CSIRO cũng đã bắt đầu 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 liên lạc, như trong Hình 4. Như có thể thấy trong Hình 4, đến năm 2020, nghiên cứu về truyền thông không dây có xu hướng thiên về băng tần THz. Tần số liên lạc tối đa sử dụng phổ vô tuyến tăng khoảng mười lần cứ sau hai mươi năm. Trung tâm đã đưa ra các khuyến nghị về yêu cầu đối với anten THz và đề xuất các loại anten truyền thống như còi, thấu kính cho hệ thống thông tin liên lạc THz. Như được hiển thị trong Hình 5, hai ăng ten loa hoạt động ở tần số lần lượt là 0,84THz và 1,7THz, với cấu trúc đơn giản và hiệu suất chùm tia Gaussian tốt.
Hình 4 Mối quan hệ giữa năm và tần suất
RM-BDHA818-20A
RM-DCPHA105145-20
Hình 5 Hai loại anten còi
Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về sự phát xạ và phát hiện sóng terahertz. Các phòng thí nghiệm nghiên cứu terahertz nổi tiếng bao gồm Phòng thí nghiệm Sức đẩy 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 dành cho các ứng dụng terahertz đã được thiết kế, chẳng hạn như ăng-ten cánh cung và ăng-ten điều khiển chùm tia tần số. Theo sự phát triển của ăng-ten terahertz, chúng ta có thể có ba ý tưởng thiết kế cơ bản cho ăng-ten terahertz hiện nay, như trong Hình 6.
Hình 6 Ba ý tưởng thiết kế cơ bản cho anten terahertz
Phân tích trên cho thấy mặc dù nhiều quốc gia rất quan tâm đến ăng-ten terahertz nhưng nó vẫn đang trong giai đoạn thăm dò và phát triển ban đầu. Do suy hao lan truyền cao và khả năng hấp thụ phân tử, 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 dải THz. Nghiên cứu về ăng-ten terahertz hiện tại chủ yếu tập trung vào việc cải thiện mức tăng ích bằng cách sử dụng ăng-ten thấu kính điện môi, v.v. và cải thiện hiệu quả liên lạc bằng cách sử dụng các thuật toán thích hợp. Ngoài ra, làm thế nào để nâng cao hiệu quả đóng gói ăng-ten terahertz cũng là một vấn đề rất cấp bách.
Anten THz chung
Có nhiều loại ăng-ten THz: ăng-ten lưỡng cực có khoang hình nón, mảng phản xạ góc, lưỡng cực hình cánh cung, ăng-ten phẳng thấu kính điện môi, ăng-ten quang dẫn để tạo nguồn bức xạ nguồn THz, ăng-ten sừng, ăng-ten THz dựa trên vật liệu graphene, v.v. Theo Các vật liệu được sử dụng để chế tạo ăng-ten THz, chúng có thể được chia đại khái thành ăng-ten kim loại (chủ yếu là ăng-ten sừng), ăng-ten điện môi (ăng-ten thấu kính) và ăng-ten vật liệu mới. Phần này trước tiên đưa ra phân tích sơ bộ về các ăng-ten này, sau đó trong phần tiếp theo, 5 ăng-ten THz điển hình sẽ được giới thiệu chi tiết và phân tích chuyên sâu.
1. Anten kim loại
Ăng-ten còi là ăng-ten kim loại điển hình được thiết kế để hoạt động ở băng tần THz. Ăng-ten của máy thu sóng milimet cổ điển là một chiếc sừng hình nón. Ăng-ten sóng và chế độ kép có nhiều ưu điểm, bao gồm các mẫu bức xạ đối xứng quay, mức tăng cao từ 20 đến 30 dBi và mức phân cực chéo thấp -30 dB và hiệu suất ghép từ 97% đến 98%. Băng thông khả dụng của hai ăng-ten còi lần lượt là 30%-40% và 6%-8%.
Do tần số của sóng terahertz rất cao nên kích thước của ăng-ten còi rất nhỏ, khiến cho việc xử lý còi 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 xuất hạn chế. Do khó khăn trong việc sản xuất phần đáy của thiết kế còi phức tạp, người ta thường sử dụng ăng-ten còi đơn giản ở dạng hình nón hoặc hình nón, điều này có thể giảm chi phí và độ phức tạp của quy trình, đồng thời có thể duy trì hiệu suất bức xạ của ăng-ten Tốt.
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 bán dẫn silicon, như trong Hình 7. Ăng-ten này là một cấu trúc mở được tương thích với điốt Schottky. Do cấu trúc tương đối đơn giản và yêu cầu sản xuất thấp nên nó thường có thể được sử dụng ở dải tần trên 0,6 THz. Tuy nhiên, mức búp sóng bên và mức độ phân cực chéo của ăng-ten cao, có thể là do cấu trúc mở của nó. Do đó, hiệu suất ghép của nó tương đối thấp (khoảng 50%).
Hình 7 Anten hình chóp sóng lan truyền
2. Anten điện môi
Ăng-ten điện môi là sự kết hợp giữa chất nền điện môi và bộ tản nhiệt ăng-ten. Thông qua thiết kế phù hợp, ăng-ten điện môi có thể đạt được sự kết hợp trở kháng với máy dò và có 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 phụ băng thông hẹp và băng thông rộng có thể phù hợp với các máy dò trở kháng thấp của ăng-ten điện môi terahertz: ăng-ten bướm, ăng-ten hình chữ U kép, ăng-ten chu kỳ log và ăng-ten hình sin chu kỳ log, như được hiển thị trong Hình 8. Ngoài ra, hình học ăng-ten phức tạp hơn có thể được thiết kế thông qua các thuật toán di truyền.
Hình 8 Bốn loại ăng-ten phẳng
Tuy nhiên, do ăng-ten điện môi được kết hợp với chất nền điện môi nên hiệu ứng sóng bề mặt sẽ xảy ra khi tần số có xu hướng về dải THz. Nhược điểm chết người này sẽ khiến ăng-ten bị mất nhiều năng lượng trong quá trình hoạt động và dẫn đến hiệu suất bức xạ của ăng-ten giảm đáng kể. Như được hiển thị trong Hình 9, khi góc bức xạ của ăng-ten lớn hơn góc cắt, năng lượng của nó bị giới hạn trong chất nền điện môi và kết hợp với chế độ chất nền.
Hình 9 Hiệu ứng sóng bề mặt anten
Khi độ dày của chất nền tăng lên, số lượng chế độ bậc cao cũng tăng lên và khả năng ghép giữa ăng-ten và chất nền 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) Tải một thấu kính lên ăng-ten để tăng độ lợi bằng cách sử dụng đặc tính định dạng chùm tia của sóng điện từ.
2) Giảm độ dày của chất nền để ngăn chặn việc tạo ra các chế độ sóng điện từ bậc cao.
3) Thay thế vật liệu điện môi nền bằng khoảng cách dải điện từ (EBG). Các đặc tính lọc không gian của EBG có thể ngăn chặn 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, năm 2006, Jin Hao et al. đề xuất một ăng-ten lưỡng cực ống nano carbon. Như trong Hình 10 (a), lưỡng cực được làm bằng ống nano carbon thay vì vật liệu kim loại. Ông đã nghiên cứu cẩn thận các đặc tính quang học và hồng ngoại của ăng-ten lưỡng cực ống nano carbon và thảo luận về các đặc điểm chung của ăng-ten lưỡng cực ống nano carbon có chiều dài hữu hạn, chẳng hạn như trở kháng đầu vào, phân bố dòng điện, độ lợi, hiệu suất và kiểu bức xạ. Hình 10 (b) thể hiện 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 0 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 carbon thể hiện sự cộng hưởng trong một dải tần số nhất định (tần số THz thấp hơn), nhưng hoàn toàn không thể cộng hưởng bên ngoài dải tần này.
Hình 10 (a) Anten lưỡng cực ống nano cacbon. (b) Đường cong tần số trở kháng đầu vào
Vào năm 2012, Samir F. Mahmoud và Ayed R. AlAjmi đã đề xuất cấu trúc ăng-ten terahertz mới dựa trên các ống nano carbon, bao gồm một bó ống nano carbon được bọc trong hai lớp điện môi. Lớp điện môi bên trong là lớp xốp điện môi và lớp điện môi bên ngoài là lớp siêu vật liệu. Cấu trúc cụ thể được thể hiện trên Hình 11. Qua thử nghiệm, hiệu suất bức xạ của ăng-ten đã được cải thiện so với các ống nano carbon đơn vách.
Hình 11 Ăng-ten terahertz mới dựa trên ống nano cacbon
Các ăng-ten terahertz vật liệu mới được đề xuất ở trên chủ yếu là ba chiều. Để cải thiện băng thông của ăng-ten và chế tạo ăng-ten phù hợp, ăng-ten graphene phẳng đã nhận được sự quan tâm rộng rãi. Graphene có đặc tính điều khiển động liên tục tuyệt vời và có thể tạo ra plasma bề mặt bằng cách điều chỉnh điện áp phân cực. Plasma bề mặt tồn tại trên bề mặt tiếp xúc giữa các chất nền có hằng số điện môi dương (như Si, SiO2, v.v.) và các chất nền có hằng số điện môi âm (như kim loại quý, graphene, v.v.). Có một số lượng lớn "electron tự do" trong các chất dẫn điện như kim loại quý và graphene. Những electron tự do này còn được gọi là plasma. Do trường thế vốn có trong dây dẫn nên các plasma này ở trạng thái ổn định và không bị tác động bởi thế giới bên ngoài. Khi năng lượng sóng điện từ tới được ghép với các plasma này, các plasma sẽ lệch khỏi trạng thái ổn định và dao động. Sau khi chuyển đổi, chế độ điện từ tạo thành sóng từ ngang tại giao diện. Theo mô tả mối quan hệ phân tán của plasma bề mặt kim loại theo mô hình Drude, kim loại không thể kết hợp một cách tự nhiên 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 chóng theo hướng song song của bề mặt tiếp xúc kim loại-chất nền. Khi dây dẫn kim loại dẫn theo hướng vuông góc với bề mặt sẽ xảy ra hiệu ứng bề mặt. Rõ ràng, do kích thước nhỏ của ăng-ten nên có hiệu ứng bề ngoài ở dải tần cao, khiến hiệu suất ăng-ten giảm mạnh và không thể đáp ứng 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 phức tạp ở dải terahertz. Do đó, sự truyền sóng chậm có liên quan đến chế độ plasma ở tần số terahertz. Những đặc điểm này thể hiện đầy đủ tính khả thi của graphene trong việc thay thế vật liệu kim loại ở dải tần terahertz.
Dựa trên đặc tính phân cực của plasmon bề mặt graphene, Hình 12 cho thấy một loại ăng-ten dải mới và đề xuất hình dạng dải đặc trưng truyền của sóng plasma trong graphene. Thiết kế dải ăng-ten có thể điều chỉnh cung cấp một phương pháp mới để nghiên cứu các đặc tính truyền sóng của ăng-ten terahertz vật liệu mới.
Hình 12 Dải anten mới
Ngoài việc khám phá các phần tử ăng-ten terahertz vật liệu mới, các ăng-ten terahertz nanopatch cũng có thể được thiết kế dưới dạng mảng để xây dựng các hệ thống liên lạc ăng-ten đa đầu vào, nhiều đầu ra terahertz. Cấu trúc ăng-ten được hiển thị trong Hình 13. Dựa trên các đặc tính độc đáo của ăng-ten miếng vá nano graphene, các phần tử ăng-ten có kích thước ở quy mô micron. Sự lắng đọng hơi hóa học trực tiếp tổng hợp các hình ảnh graphene khác nhau trên một lớp niken mỏng và chuyển chúng sang bất kỳ chất nền nào. Bằng cách chọn số lượng thành phần thích hợp và thay đổi điện áp phân cực tĩnh điện, hướng bức xạ có thể được thay đổi một cách hiệu quả, giúp hệ thống có thể được cấu hình lại.
Hình 13 Mảng ăng-ten terahertz Graphene nanopatch
Việc nghiên cứu vật liệu mới là một hướng tương đối mới. Sự đổi mới của vật liệu dự kiến 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 sự đổi mới của vật liệu mới. vật liệu và sự tiến bộ của công nghệ xử lý. Trong mọi trường hợp, việc phát triển ăng-ten terahertz đòi hỏi phải có vật liệu cải 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.
Sau đây giới thiệu các nguyên tắc 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, 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 thấp đối với vật liệu nền. Tuy nhiên, ăng-ten kim loại sử dụng phương pháp cơ học để điều chỉnh vị trí của ăng-ten nên dễ xảy ra lỗi. Nếu điều chỉnh không chính xác, hiệu suất của ăng-ten sẽ giảm đi rất nhiều. Mặc dù ăng-ten kim loại có kích thước nhỏ nhưng rất khó lắp ráp bằng mạch phẳng.
2. Ăng-ten điện môi: Ăng-ten điện môi có trở kháng đầu vào thấp, dễ kết hợp với máy dò trở kháng thấp và kết nối tương đối đơn giản với mạch phẳng. Các hình dạng hình học của anten điện môi bao gồm hình con 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 chết người, đó là hiệu ứng sóng bề mặt do lớp nền dày gây ra. Giải pháp là lắp thấu kính vào và thay thế chất nền điện môi bằng cấu trúc EBG. Cả hai giải pháp đều yêu cầu đổi mới và cải tiến liên tục công nghệ xử lý và vật liệu, nhưng hiệu suất tuyệt vời của chúng (chẳng hạn như tính đa hướng và triệt tiêu sóng bề mặt) có thể mang lại những ý tưởng mới cho nghiên cứu ăng-ten terahertz.
3. Anten vật liệu mới: Hiện nay, các anten lưỡng cực mới làm từ ống nano cacbon và cấu trúc anten mới làm từ siêu vật liệu đã xuất hiện. Vật liệu mới có thể mang lại những đột phá mới về hiệu suất nhưng tiền đề là sự đổi mới của khoa học vật liệu. Hiện tại, nghiên cứu về ăng-ten vật liệu mới vẫn đang trong giai đoạn thăm dò và nhiều công nghệ chủ chốt chưa đủ trưởng thành.
Tóm lại, các loại ăng-ten terahertz khác nhau có thể được lựa chọn 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 tích hợp cao và trở kháng đầu vào thấp, có thể chọn ăng-ten điện môi.
3) Nếu cần có sự đột phá về hiệu suất, có thể chọn ăng-ten vật liệu mới.
Các thiết kế trên cũng có thể được điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể. Ví dụ, hai loại ăng-ten có thể kết hợp để đạt được nhiều ưu điểm hơn nhưng phương pháp lắp ráp và công nghệ thiết kế phải đáp ứng những yêu cầu khắt khe hơn.
Để tìm hiểu thêm về ăng-ten, vui lòng truy cập:
Thời gian đăng: 02-08-2024
