Với sự phổ biến ngày càng tăng của các thiết bị không dây, dịch vụ dữ liệu đã bước vào một kỷ nguyên 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 mang theo và vận hành trong thời gian thực. Tuy nhiên, 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 Gbps hoặc thậm chí Tbps trong vòng 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 đã liệt kê những tiến bộ mới nhất về tốc độ dữ liệu Gbps dựa trên băng tần THz và dự đoán rằng có thể đạt được Tbps 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 vi sóng và ánh sáng hồng ngoại. Tại Hội nghị Vô tuyến Viễn thông Thế giới ITU (WRC-19) năm 2019, dải tần số 275-450GHz đã được sử dụng cho các dịch vụ cố định và di động trên mặt đất. Có thể thấy rằng các hệ thống truyền thông không dây terahertz đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà nghiên cứu.
Sóng điện từ Terahertz thường được định nghĩa là dải tần số 0,1-10 THz (1 THz = 10¹² Hz) với bước sóng từ 0,03-3 mm. Theo tiêu chuẩn IEEE, sóng Terahertz được định nghĩa là dải tần số 0,3-10 THz. Hình 1 cho thấy dải tần số Terahertz nằm giữa sóng vi ba và tia hồng ngoại.
Hình 1. Sơ đồ cấu trúc dải tần THz.
Phát triển ăng-ten Terahertz
Mặc dù nghiên cứu về sóng 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 hoặc cuối thế kỷ 20, các nhà nghiên cứu mới bắt đầu mở rộng nghiên cứu sóng milimét sang 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. 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 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 tương lai là hoạt động ở tốc độ dữ liệu cao, lên đến gigabit mỗi giây tại một vị trí. Trong bối cảnh phát triển kinh tế hiện nay, tài nguyên phổ tần ngày càng trở nên khan hiếm. Tuy nhiên, nhu cầu của con người về dung lượng và tốc độ truyền thông là vô hạn. Để giải quyết vấn đề tắc nghẽn phổ tần, nhiều công ty sử dụng công nghệ đa đầu vào đa đầu ra (MIMO) để cải thiện hiệu quả 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 milimét truyền thống, các liên kết vi sóng sẽ không thể xử lý được các luồng dữ liệu khổng lồ này. Ngoài ra, do ảnh hưởng của tầm nhìn thẳng, khoảng cách truyền dẫn của giao tiếp hồng ngoại ngắn và vị trí thiết bị giao tiếp cố định. Do đó, sóng THz, nằm giữa vi sóng và hồng ngoại, có thể được sử dụng để xây dựng hệ thống truyền thông tốc độ cao và tăng tốc độ truyền dữ liệu bằng cách sử dụng các liên kết THz.
Sóng Terahertz (THz) có thể cung cấp băng thông truyền thông rộng hơn, và dải tần số của nó 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 ban hành, định nghĩa việc trao đổi dữ liệu điểm-điểm trong dải tần số THz thấp hơn từ 252-325 GHz. Lớp vật lý (PHY) thay thế của liên kết có thể đạt được tốc độ dữ liệu lên đến 100 Gbps ở các băng thông khác nhau.
Hệ thống truyền thông THz đầu tiên hoạt động thành công ở tần số 0,12 THz được thiết lập vào năm 2004, và hệ thống truyền thông THz ở tần số 0,3 THz được hiện thực hóa vào năm 2013. Bảng 1 liệt kê tiến trình nghiên cứu về hệ thống truyền thông terahertz tại Nhật Bản từ năm 2004 đến năm 2013.
Bảng 1: Tiến bộ nghiên cứu về hệ thống truyền thông terahertz tại Nhật Bản từ năm 2004 đến năm 2013
Cấu trúc anten của một hệ thống thông tin liên lạc được phát triển vào năm 2004 đã được Tập đoàn Điện báo và Điện thoại Nhật Bản (NTT) mô tả chi tiết vào năm 2005. Cấu hình anten 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 anten, hoạt động theo hai chế độ:
1. Trong môi trường trong nhà ở cự ly gần, bộ phát ăng-ten phẳng được sử dụng trong nhà bao gồm một chip đi-ốt quang mang sóng đơn (UTC-PD), một ăng-ten khe phẳng và một thấu kính silicon, như thể hiện trong Hình 2(a).
2. Trong môi trường ngoài trời tầm xa, để cải thiện ảnh hưởng của tổn hao truyền dẫn lớn và độ nhạy thấp của bộ dò, ăng-ten phát phải có độ khuếch đại cao. Ăng-ten terahertz hiện có sử dụng thấu kính quang học Gaussian với độ khuếch đại hơn 50 dBi. Sự kết hợp giữa loa cấp tín hiệu và thấu kính điện môi được thể hiện trong Hình 2(b).
Ngoài việc phát triển hệ thống truyền thông 0,12 THz, NTT cũng đã phát triển hệ thống truyền thông 0,3 THz vào năm 2012. Thông qua quá trình tối ưu hóa liên tục, tốc độ truyền tải có thể đạt tới 100 Gbps. Như có thể thấy từ Bảng 1, nó đã đóng góp rất lớn vào sự phát triển của truyền thông terahertz. Tuy nhiên, công trình nghiên cứu hiện tại có những nhược điểm như tần số hoạt động thấp, kích thước lớn và chi phí cao.
Hầu hết các anten terahertz hiện đang được sử dụng đều được cải tiến từ anten sóng milimét, và có rất ít sự đổi mới trong lĩnh vực anten terahertz. Do đó, để nâng cao hiệu suất của hệ thống truyền thông terahertz, một nhiệm vụ quan trọng là tối ưu hóa anten terahertz. Bảng 2 liệt kê tiến độ nghiên cứu về truyền thông THz của Đức. Hình 3 (a) thể hiện một hệ thống truyền thông không dây THz tiêu biểu kết hợp quang học và điện tử. Hình 3 (b) thể hiện cảnh thử nghiệm trong đường hầm gió. Xét từ tình hình nghiên cứu hiện tại ở Đức, nghiên cứu và phát triển lĩnh vực 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 tại Đức
Hình 3. Cảnh thử nghiệm trong 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 có xu hướng 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 các khuyến nghị về yêu cầu đối với ăng-ten THz và đề xuất các loại ăng-ten truyền thống như ăng-ten hình loa và ăng-ten thấu kính cho hệ thống truyền thông THz. Như thể hiện trong Hình 5, hai ăng-ten hình 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 ăng-ten hình loa.
Hoa Kỳ đã tiến hành nghiên cứu sâu rộng về phát xạ và thu nhận sóng terahertz. Các phòng thí nghiệm nghiên cứu terahertz nổi tiếng bao gồm Phòng thí nghiệm 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. Nhiều loại ăng-ten terahertz mới cho các ứng dụng terahertz đã được thiết kế, chẳng hạn như ăng-ten hình nơ và ăng-ten điều hướng chùm tần số. Theo sự phát triển của ăng-ten terahertz, hiện nay chúng ta có thể rút ra 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 dành sự quan tâm lớn đến ăng-ten terahertz, nhưng công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn nghiên cứu và phát triển ban đầu. Do tổn hao truyền dẫn cao và sự hấp thụ phân tử, ăng-ten terahertz thường bị hạn chế bởi khoảng cách truyền dẫn và phạm vi phủ sóng. Một số nghiên cứu tập trung vào các tần số hoạt động thấp hơn trong dải tần terahertz. Nghiên cứu về ăng-ten terahertz hiện nay chủ yếu tập trung vào việc cải thiện độ lợi bằng cách sử dụng ăng-ten thấu kính điện môi, v.v., và nâng cao hiệu quả truyền thông bằng cách sử dụng các thuật toán phù hợp. Ngoài ra, làm thế nào để nâng cao hiệu quả đóng gói ăng-ten terahertz cũng là một vấn đề rất cấp bách.
Ăng-ten THz thông thường
Hiện nay có nhiều loại ăng-ten THz khác nhau: ăng-ten lưỡng cực với khoang hình nón, mảng phản xạ góc, ăng-ten lưỡng cực hình nơ, ăng-ten phẳng thấu kính điện môi, ăng-ten quang dẫn để tạo nguồn bức xạ THz, ăng-ten hình loa, ăng-ten THz dựa trên vật liệu graphene, v.v. Dựa trên vật liệu được sử dụng để chế tạo ăng-ten THz, chúng có thể được chia đại khái thành các loại: ăng-ten kim loại (chủ yếu là ăng-ten hình loa), ăng-ten điện môi (ăng-ten thấu kính) và ăng-ten vật liệu mới. Phần này trước tiên sẽ đưa ra phân tích sơ bộ về các loại ăng-ten này, và sau đó ở phần tiếp theo, năm loại ăng-ten THz tiêu biểu sẽ được giới thiệu chi tiết và phân tích chuyên sâu.
1. Ăng-ten kim loại
Ăng-ten hình loa là một loại ăng-ten kim loại điển hình được thiết kế để hoạt động trong dải tần THz. Ăng-ten của một máy thu sóng milimét cổ điển là một loa hình nón. Ăng-ten dạng lượn sóng và ăng-ten chế độ kép có nhiều ưu điểm, bao gồm kiểu bức xạ đối xứng quay, độ lợi cao từ 20 đến 30 dBi và mức phân cực chéo thấp -30 dB, và hiệu suất ghép nối từ 97% đến 98%. Băng thông khả dụng của hai loại ăng-ten hình loa lần lượt là 30%-40% và 6%-8%.
Do tần số sóng terahertz rất cao, kích thước của anten hình loa rất nhỏ, điều này khiến việc chế tạo anten hình loa trở nên rất khó khăn, đặc biệt là trong thiết kế mảng anten, và sự phức tạp của công nghệ chế tạo dẫn đến chi phí quá cao và sản lượng sản xuất bị hạn chế. Do khó khăn trong việc chế tạo phần đáy của thiết kế anten hình loa phức tạp, người ta thường sử dụng anten hình loa đơn giản hơn dưới dạng hình nón hoặc hình nón cụt, điều này có thể giảm chi phí và độ phức tạp của quy trình, đồng thời hiệu suất bức xạ của anten vẫn được duy trì tốt.
Một loại ăng-ten kim loại khác là ăng-ten hình chóp sóng truyền, bao gồm một ăng-ten sóng truyền được tích hợp trên một lớp màng điện môi dày 1,2 micron và được treo trong một khoang dọc được khắc trên một tấm silicon, như thể hiện trong Hình 7. Ăng-ten này có cấu trúc mở, tương thích với các 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 búp sóng phụ và mức phân cực chéo của ăng-ten 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 chất nền điện môi và bộ bức xạ ăng-ten. Thông qua thiết kế phù hợp, ăng-ten điện môi có thể đạt được sự phối hợp trở kháng với bộ dò, và có những ưu điểm như quy trình đơn giản, dễ tích hợp và chi phí thấp. Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã thiết kế một số ăng-ten bắn ngang băng hẹp và băng rộng có thể phối hợp với các bộ dò trở kháng thấp của ăng-ten điện môi terahertz: ăng-ten hình bướm, ăng-ten hình chữ U kép, ăng-ten log-chu kỳ và ăng-ten hình sin log-chu kỳ, 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 chất nền điện môi, hiệu ứng sóng bề mặt sẽ xảy ra khi tần số tiến đến dải THz. Nhược điểm nghiêm trọng này sẽ khiến ăng-ten mất 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 giữ lại trong chất nền điện môi và ghép nối với chế độ chất nền.
Hình 9 Hiệu ứng sóng bề mặt anten
Khi độ dày của chất nền tăng lên, số lượng các mode bậc cao tăng lên, và sự ghép nối giữa anten 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) Lắp thêm thấu kính vào ăng-ten để tăng độ lợi bằng cách tận dụng đặc tính tạo chùm tia của sóng điện từ.
2) Giảm độ dày của chất nền để ngăn chặn sự phát sinh các mode bậc cao của sóng điện từ.
3) Thay thế vật liệu điện môi nền bằng khe hở băng tần điện từ (EBG). Đặc tính lọc không gian của EBG có thể triệt tiêu các mode bậc cao.
3. Ăng-ten vật liệu mới
Ngoài hai loại ăng-ten nêu trên, còn có loại ăng-ten terahertz được làm từ vật liệu mới. Ví dụ, vào năm 2006, Jin Hao và cộng sự đã đề xuất một ăng-ten lưỡng cực ống nano carbon. Như thể hiện trong Hình 10 (a), lưỡng cực được làm từ ống nano carbon thay vì vật liệu kim loại. Ông đã nghiên cứu kỹ lưỡng các đặc tính hồng ngoại và quang học 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) cho thấy mối quan hệ giữa trở kháng đầu vào và tần số của ăng-ten lưỡng cực ống nano carbon. Như có thể thấy trong Hình 10(b), phần ảo của trở kháng đầu vào có nhiều điểm không ở tần số cao hơn. Điều này cho thấy 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 ngoài dải tần này.
Hình 10 (a) Ăng-ten lưỡng cực ống nano carbon. (b) Đường cong trở kháng đầu vào theo tần số
Năm 2012, Samir F. Mahmoud và Ayed R. AlAjmi đã đề xuất một cấu trúc anten terahertz mới dựa trên ống nano carbon, bao gồm một bó ống nano carbon được bao bọc bởi hai lớp điện môi. Lớp điện môi bên trong là một lớp xốp điện môi, và lớp điện môi bên ngoài là một lớp siêu vật liệu. Cấu trúc cụ thể được thể hiện trong Hình 11. Qua thử nghiệm, hiệu suất bức xạ của anten đã được cải thiện so với ống nano carbon đơn thành.
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 ba chiều. Để cải thiện băng thông của ăng-ten và tạo ra các ăng-ten phù hợp, 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 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 lượng lớn "electron tự do" trong các chất dẫn điện như kim loại quý và graphene. Những electron tự do này cũng được gọi là plasma. Do trường thế năng vốn có trong chất dẫn điện, các plasma này ở trạng thái ổn định và không bị ảnh hưởng bởi thế giới bên ngoài. Khi năng lượng sóng điện từ tới được ghép nối với các plasma này, 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 về mối quan hệ tán xạ của plasma bề mặt kim loại bằng 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 sử dụng các vật liệu khác để kích thích sóng plasma bề mặt. Sóng plasma bề mặt suy giảm nhanh chóng theo hướng song song với giao diện kim loại-chất nền. Khi chất dẫn điện 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 anten, hiệu ứng bề mặt xuất hiện ở dải tần số cao, khiến hiệu suất của anten giảm mạnh và không đáp ứng được yêu cầu của anten terahertz. Plasmon bề mặt của graphene không chỉ có lực liên kết cao hơn và tổn hao thấp hơn mà còn hỗ trợ điều chỉnh điện liên tục. Ngoài ra, graphene có tính dẫn điện phức tạp trong dải tần 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 tần terahertz.
Dựa trên hành vi phân cực của plasmon bề mặt graphene, Hình 12 trình bày một loại anten dải mới và đề xuất hình dạng dải tần của đặc tính lan truyền sóng plasma trong graphene. Thiết kế dải tần anten có thể điều chỉnh cung cấp một cách tiếp cận mới để nghiên cứu đặc tính lan truyền của anten terahertz vật liệu mới.
Hình 12. Ăng-ten dải mới.
Ngoài việc nghiên cứu các phần tử anten terahertz vật liệu mới, anten terahertz nanopatch graphene cũng có thể được thiết kế dưới dạng mảng để xây dựng hệ thống truyền thông anten đa đầu vào đa đầu ra terahertz. Cấu trúc anten được thể hiện trong Hình 13. Dựa trên các đặc tính độc đáo của anten nanopatch graphene, các phần tử anten có kích thước micromet. Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) tổng hợp trực tiếp các hình ảnh graphene khác nhau trên một lớp niken mỏng và chuyển chúng lên bất kỳ chất nền nào. Bằng cách 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 anten terahertz nanopatch graphene
Nghiên cứu vật liệu mới là một hướng đi tương đối mới. Sự đổi mới về vật liệu được kỳ vọng sẽ phá vỡ những hạn chế của các loại anten truyền thống và phát triển nhiều loại anten mới, chẳng hạn như siêu vật liệu có thể cấu hình lại, vật liệu hai chiều (2D), v.v. Tuy nhiên, loại anten này chủ yếu phụ thuộc vào sự đổi mới vật liệu và sự tiến bộ của công nghệ chế tạo. Trong mọi trường hợp, việc phát triển anten terahertz đòi hỏi vật liệu tiên tiến, công nghệ chế tạo chính xác và cấu trúc thiết kế mới lạ để đáp ứng các yêu cầu về độ lợi cao, chi phí thấp và băng thông rộng của anten terahertz.
Phần tiếp theo giới thiệu các nguyên lý cơ bản của ba loại anten terahertz: anten kim loại, anten điện môi và anten 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 vật liệu nền thấp. Tuy nhiên, ăng-ten kim loại sử dụng phương pháp cơ học để điều chỉnh vị trí, dễ xảy ra sai sót. Nếu điều chỉnh không chính xác, hiệu suất của ăng-ten sẽ bị giảm đáng kể. Mặc dù ăng-ten kim loại có kích thước nhỏ, nhưng việc lắp ráp với mạch phẳng lại khó khăn.
2. Ăng-ten điện môi: Ăng-ten điện môi có trở kháng đầu vào thấp, dễ phối hợp với bộ dò trở kháng thấp và tương đối đơn giản để kết nối với mạch phẳng. Các hình dạng hình học của ăng-ten điện môi bao gồm hình 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 chí mạng, đó là hiệu ứng sóng bề mặt gây ra bởi lớp nền dày. Giải pháp là sử dụng 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 xử lý và vật liệu, nhưng hiệu suất tuyệt vời của chúng (như tính đa hướng và khả năng triệt tiêu sóng bề mặt) có thể cung cấp những ý tưởng mới cho nghiên cứu về ăng-ten terahertz.
3. Ăng-ten vật liệu mới: Hiện nay, đã xuất hiện các loại ăng-ten lưỡng cực mới làm từ ống nano carbon và các cấu trúc ăng-ten mới làm từ siêu vật liệu. Vật liệu mới có thể mang lại những đột phá về hiệu năng, nhưng điều kiện tiên quyết là sự đổi mới trong 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 then chốt vẫn chưa đủ hoàn thiện.
Tóm lại, có thể lựa chọn các loại anten terahertz khác nhau tùy theo yêu cầu thiết kế:
1) Nếu yêu cầu thiết kế đơn giản và chi phí sản xuất thấp, có thể lựa chọn ăng-ten kim loại.
2) Nếu yêu cầu độ tích hợp cao và trở kháng đầu vào thấp, có thể lựa chọn ăng-ten điện môi.
3) Nếu cần có bước đột phá về hiệu suất, có thể lựa chọn các loại ăng-ten làm từ vật liệu mới.
Các thiết kế nêu trên cũng có thể được điều chỉnh theo yêu cầu cụ thể. Ví dụ, có thể kết hợp hai loại anten để đạt được nhiều ưu điểm hơn, nhưng phương pháp lắp ráp và công nghệ thiết kế phải đáp ứng các yêu cầu khắt khe hơn.
Để tìm hiểu thêm về ăng-ten, vui lòng truy cập:
Thời gian đăng bài: 02/08/2024
