Với sự phổ biến ngày càng tăng của các thiết bị không dây, các dịch vụ dữ liệu đã bước vào một giai đoạn phát triển nhanh chóng mới, còn được gọi là sự phát triển bùng nổ của các dịch vụ dữ liệu. Hiện nay, một số lượng lớn các ứng dụng đang dần di chuyển từ máy tính sang các thiết bị không dây như điện thoại di động dễ mang theo và hoạt động theo thời gian thực, nhưng 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 là Tbps trong 10 đến 15 năm tới. Hiện tại, truyền thông THz đã đạt tới 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 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 vi sóng và ánh sáng hồng ngoại. Tại Hội nghị vô tuyến 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 đất liền. Có thể thấy rằng 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 0,1-10THz (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 Anten Terahertz
Mặc dù nghiên cứu về terahertz bắt đầu vào thế kỷ 19, nhưng nó không 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 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 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 và nhu cầu thông tin của mọi người cùng với sự gia tăng của các thiết bị truyền thông đã đưa ra các 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 mỗi giây tại một địa điểm. Với sự phát triển kinh tế hiện nay, tài nguyên phổ tần ngày càng trở nên 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 nhiều đầu vào nhiều đầu ra (MIMO) để cải thiện hiệu quả phổ tần và năng lực 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 truyền thông sóng milimet truyền thống, các liên kết vi sóng sẽ không thể xử lý các luồng dữ liệu khổng lồ này. Ngoài ra, do ảnh hưởng của đường ngắm, 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 truyền thông rộng hơn và dải tần số của nó gấp khoảng 1000 lần so với truyền thông di động. Do đó, 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, 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, định nghĩa 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 tới 100 Gbps ở các băng thông khác nhau.
Hệ thống truyền thông THz 0,12 THz thành công đầu tiên được thiết lập vào năm 2004 và hệ thống truyền thông THz 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 trình 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 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 điốt sóng mang 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 tổn thất truyền dẫn lớn và độ nhạy thấp của máy dò, ăng-ten máy phát phải có độ lợi cao. Ăng-ten terahertz hiện tại sử dụng thấu kính quang học Gaussian có độ lợi lớn hơn 50 dBi. Sự kết hợp của sừng cấp 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 quá trình tối ưu hóa liên tục, tốc độ truyền có thể lên tới 100Gbps. 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 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 có rất ít cải tiến trong ăng-ten terahertz. 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. Đánh giá từ tình hình nghiên cứu hiện tại ở Đức, nghiên cứu và phát triển của nước này cũng có những nhược điểm như tần số hoạt động thấp, chi phí cao và hiệu quả thấp.
Bảng 2 Tiến độ nghiên cứu truyền thông THz ở Đức
Hình 3 Cảnh thử nghiệm đường hầm gió
Trung tâm ICT 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 đến 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 các yêu cầu đối với ăng-ten THz và đề xuất các ăng-ten truyền thống như sừng và thấu kính cho hệ thống truyền thông THz. Như thể hiện trong Hình 5, hai ăng-ten sừng hoạt động ở tần số 0,84THz và 1,7THz tương ứng, 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 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 lái chùm tần số. Theo sự phát triển của ăng-ten terahertz, hiện tại chúng ta có thể có được 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 chú trọng đến ăng-ten terahertz nhưng vẫn đang trong giai đoạn thăm dò và phát triển ban đầu. Do tổn thất 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. Nghiên cứu 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 quả truyền thông bằng cách sử dụng các thuật toán thích hợp. Ngoài ra, làm thế nào để cải thiện hiệu quả của 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 có khoang hình nón, mảng phản xạ góc, lưỡng cực hình nơ, ăng-ten phẳng thấu kính điện môi, ăng-ten quang dẫn để tạo ra 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 đưa ra phân tích sơ bộ về các ăng-ten này, sau đó trong phần tiếp theo, năm ăng-ten THz điển hình được giới thiệu chi tiết và phân tích sâu.
1. Ăng ten kim loại
Ăng-ten sừng là ăng-ten kim loại thông thường được thiết kế để hoạt động trong băng tần THz. Ăng-ten của máy thu sóng milimet cổ điển là một sừng hình nón. Ăng-ten dạng sóng và chế độ kép có nhiều ưu điểm, bao gồm các mẫu bức xạ đối xứng quay, độ lợi cao từ 20 đến 30 dBi và mức phân cực chéo thấp là -30 dB, và 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 nên kích thước của ăng-ten sừng rất nhỏ, khiến cho 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 xuất hạn chế. Do khó khăn trong việc chế tạo đáy của thiết kế sừng phức tạp, nên thường sử dụng ăng-ten sừng đơn giản dưới dạng sừng hình nón hoặc hình nón, có thể giảm chi phí và độ phức tạp của quy trình, và hiệu suất bức xạ của ăng-ten có thể được duy trì 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 wafer silicon, như thể hiện trong Hình 7. Ăng-ten này là một cấu trúc mở 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 trong các dải tần trên 0,6 THz. Tuy nhiên, mức thùy bên 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 di chuyển
2. Ăng ten điện môi
Ăng-ten điện môi là sự kết hợp giữa một chất nền điện môi và một 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 bộ dò và có những 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 kết hợp với các 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 các thuật toán di truyền.
Hình 8 Bốn loại anten phẳng
Tuy nhiên, vì ăng-ten điện môi được kết hợp với một chất nền điện môi, nên hiệu ứng sóng bề mặt sẽ xảy ra khi tần số có xu hướng đến dải THz. Nhược điểm chết người này sẽ khiến ăng-ten 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 chất nền điện môi và được ghép nối với chế độ chất nền.
Hình 9 Hiệu ứng sóng bề mặt ăng ten
Khi độ dày của lớp nền tăng lên, số lượng các chế độ bậc cao tăng lên và sự ghép nối giữa ăng-ten và lớp nền tăng lên, dẫn đến mất 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 tạo chùm tia của sóng điện từ.
2) Giảm độ dày của chất nền để ngăn chặn sự phát sinh các dạng sóng điện từ bậc cao.
3) Thay thế vật liệu điện môi nền bằng khoảng cách băng điện từ (EBG). Các đặc tính lọc không gian của EBG có thể ngăn chặn các chế độ bậc cao.
3. Anten vật liệu mới
Ngoài hai ăng-ten trên, còn có một ăng-ten terahertz 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 đặc tính 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. Thông 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 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 chú ý 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 số lượng lớn "electron tự do" trong các chất dẫn điện như kim loại quý và graphene. Các electron tự do này cũng được gọi là plasma. Do trường thế vốn có trong chất dẫn điện, các plasma này ở trạng thái ổn định và không bị thế giới bên ngoài làm nhiễu loạn. 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 theo hướng vuông góc với bề mặt, hiệu ứng bề mặt 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 đáp ứng được 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 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 các đặc tính lan truyền của sóng plasma trong graphene. Thiết kế dải ăng-ten có thể điều chỉnh cung cấp một cách mới để nghiên cứu các 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, các ăng-ten terahertz graphene nanopatch cũng có thể được thiết kế như các mảng để xây dựng các hệ thống truyền thông 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 ở cấp độ 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 chọn một số lượng thành phần thích 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 graphene nanopatch
Nghiên cứu vật liệu mới là một hướng đi tương đối mới. Sự đổi mới vật liệu được kỳ vọng sẽ phá vỡ những hạn chế của ăng-ten truyền thống và phát triển nhiều loại ăng-ten mới, chẳng hạn như siêu vật liệu có thể định hình lại, vật liệu hai chiều (2D), v.v. Tuy nhiên, loại ăng-ten này chủ yếu phụ thuộc vào sự đổi mới vật liệu mới và sự tiến bộ của công nghệ xử lý. Trong mọi trường hợp, sự phát triển của ăng-ten terahertz đòi hỏi 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.
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, ưu điểm và nhược điểm của chúng.
1. Ăng ten kim loại: Hình học đơn giản, dễ gia công, chi phí tương đối thấp, yêu cầu vật liệu nền thấp. Tuy nhiên, ăng ten kim loại sử dụng phương pháp cơ học để điều chỉnh vị trí của 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 rất khó lắp ráp với mạch phẳng.
2. Ăng-ten điện môi: Ăng-ten điện môi có trở kháng đầu vào thấp, dễ kết hợp với bộ dò trở kháng thấp và tương đối đơn giản để kết nối với mạch phẳng. Hình dạng hình học của ăng-ten 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 tải một 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 triệt tiêu sóng bề mặt) có thể cung cấp những ý tưởng mới cho nghiên cứu về ăng-ten terahertz.
3. Anten vật liệu mới: Hiện nay, anten lưỡng cực mới làm bằng ống nano cacbon và cấu trúc anten mới làm bằng siêu vật liệu đã xuất hiện. Vật liệu mới có thể mang lại đột phá về hiệu suất mới, nhưng tiền đề là sự đổi mới của khoa học vật liệu. Hiện nay, nghiên cứu về anten vật liệu mới vẫn đang trong giai đoạn thăm dò, nhiều công nghệ then chốt vẫn chưa đủ trưởng thành.
Tóm lại, có thể lựa chọn các loại ăng-ten 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 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, hai loại ăng-ten có thể được kết hợp để có được nhiều lợi thế 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
