Dựa vào cách tiếp cận mô hình hóa cấu trúc sử dụng phần mềm mô phỏng, nghiên cứu các đặc tính của PRS kết hợp với chế tạo và đo đạc, từ năm 2017 đến năm 2019, nhóm nghiên cứu tại Trường Đại học Tôn Đức Thắng do của TS. Nguyễn Trương Khang làm chủ nhiệm, đã thực hiện đề tài: “Ăng ten cộng hưởng Fabry-Perot cho phân cực tròn, băng thông rộng, và độ lợi cao”.

Đề tài nhằm vào hai mục tiêu:

- Cung cấp sự hiểu biết hữu ích về ăng-ten phân cực tròn (Circular polarization-CP) băng rộng và phương pháp để tăng băng thông tỷ số trục (Axial RatioAR) sử dụng các phần tử ký sinh. Ngoài ra, nghiên cứu cũng cung cấp sự hiểu biết về các tính chất của ăng-ten cộng hưởng Fabry-Perot (FPRA). Kiểm tra sự ảnh hưởng của từng yếu tố (nguồn bức xạ chính, mặt chọn lọc tần số-partial reflective surface PRS) là rất quan trọng, đặc biệt về khía cạnh PRS. Việc sử dụng PRS tạo bởi nhiều tấm điện môi mỏng gần nhau có một số lợi thế như cải thiện độ lợi của ăng-ten, mở rộng băng thông độ lợi.

- Hồi đáp của tần số cộng hưởng của nguồn phát xạ và của hộp cộng hưởng là rất quan trọng và cần phải được điều khiển một cách hiệu quả nhằm tối đa hóa dải tần số trùng khớp giữa băng thông trở kháng, băng thông AR, và băng thông độ lợi. Dải tần số trùng khớp của 3 Mã số hồ sơ Ngày nhận báo cáo (Do Cơ quan điều hành Quỹ ghi) 4 băng thông này mới chính là băng thông hoạt động hiệu quả của ăng-ten. Do đó, một khi nắm được cơ chế điều khiển 2 hồi đáp cộng hưởng này, bên cạnh việc tối đa hóa băng thông hoạt động của ăng-ten, chúng ta có thể thiết kế ăng-ten tại bất kỳ dải tần số mong muốn nào.

Các kết quả nghiên cứu của đề tài:

- Kết quả nghiên cứu 1: Một ăng-ten CP dùng kỹ thuật phần tử ký sinh đề tăng đáng kể băng thông tỷ số trục (AR bandwidth) so với các ăng-ten CP đã có:

+ Tính mới: Kết hợp giữa phần tử ký sinh và hốc cộng hưởng để tăng băng thông và tăng độ định hướng phát xạ của anten.

+ Giá trị KH: Bằng cách đưa 1 và nhiều phần tử ký sinh nằm cạnh các thành phần phát xạ chính, tối ưu hóa về hình dạng, kích thước, và khoảng cách, có thể tạo thêm các cộng hưởng có tần số gần với tần số của thành phần phát xạ chính, và như thế các cộng hưởng này bắt cặp (coupling) với nhau, dẫn đến băng thông tăng đáng kể.

+ Giá trị thực tiễn: Mở rộng băng thông phân cực tròn (CP), tăng độ định hướng, trong khi vẫn giữ thiết kế nhỏ gọn, đơn giản là một nhiệm vụ khó, tuy nhiên, anten phân cực tròn CP có giá trị thực tiễn hơn hẳn so với anten phân cực tuyến tính (LP) trong truyền thông không dây thế hệ mới.

+ Khả năng ứng dụng: Có thể ứng dụng trong viễn thông như anten cho base station, anten cho thế hệ truyền không dây 5G.

- Kết quả nghiên cứu 2: Một cấu trúc PRS và cavity cải tiến thích hợp có thể điều chỉnh hồi đáp tần số của hộp cộng hưởng bên cạnh hồi đáp tần số của phần tử phát xạ chính (ăng-ten CP):

+ Tính mới: Lần đầu tiên đề xuất cấu trúc cavity kép (dual-cavity) để tăng băng thông phân cực tròn (CP) và tăng độ lợi của anten.

+ Giá trị KH: Cạnh (rim edge) của cấu trúc cavity kép này lại cho thêm 1 tần số cộng hưởng CP, từ đó tăng đáng kể băng thông phân cực tròn, so với cavity đơn truyền thống. + Giá trị thực tiễn: Đề xuất cải thiện băng thông phân cực tròn CP của anten dựa vào việc thiết kế lại cavity không được quan tâm nhiều, phần vì khó chế tạo, phần vì làm cho anten trở nên phức tạp hơn. Tuy nhiên, kết quả cho thấy, băng thông phân cực tròn CP và tính phát xạ đơn hướng (unidirectional) của anten đã được cải thiện hơn đáng kể so với cấu trúc cavity đơn/vuông truyền thống.

+ Khả năng ứng dụng: Đề xuất này có khả năng ứng dụng ngược lại cho các anten sẵn có bằng việc áp dụng thử cấu trúc dual-cavity và tối ưu hóa thêm.

- Kết quả nghiên cứu 3: Một ăng-ten phân cực tròn cộng hưởng Fabry-Perot (ăng-ten CP FPR) có cấu hình thấp, độ lợi cao, và băng thông hoạt động hiệu quả rộng. Ăng-ten này được trông đợi là ăng-ten cho băng thông AR và băng thông độ lợi tốt nhất so với các nghiên cứu trước đây.

+ Tính mới: Thay vì phải thiết kế các bề mặt chọn lọc tần số với hình dạng phức tạp, bằng cách đặt các lớp đế vật liệu mỏng, nhẹ, sát gần nhau, và tối ưu hóa kích thước và khoảng cách giữa chúng, anten cơ chế cộng hưởng Fabry-Perot với đặc tính nhỏ gọn, băng thông phân cực tròn CP siêu rộng, và băng thông độ định hướng phẳng tuyệt đối đã được hiện thực thành công.

+ Giá trị KH: Điều kiện để có băng thông siêu rộng đã được kiểm chứng lại cả về lý thuyết, mô phỏng, và thực nghiệm. Quan trọng nhất là, phải có ít nhất 1 cộng hưởng và phải tạo ra ít nhất 2 giao điểm (nằm về 2 phía của cộng hưởng) giữa đường pha cơ bản và đường pha của cộng hưởng này.

+ Giá trị thực tiễn: Đề xuất có giá trị thực tiễn cao trong việc xây dựng 1 cách tiếp cận hệ thống cho các bài toán tăng băng thông hoạt động của loại anten dùng cộng hưởng Fabry-Perot. Mô hình này ngay lập tức được tích hợp với 1 anten xoắn (Spiral) cho băng thông rất rộng.

+ Khả năng ứng dụng: Anten đã đạt được băng thông rất tốt, gần 86%, được đánh giá là một trong những anten Fabry-Perot có băng thông hoạt động tốt nhất hiện nay. Bên cạnh đó, nhóm tác giả cùng đề xuất 1 anten Fabry-Perot phẳng đơn lớp, thích hợp cho anten đòi hỏi khả năng tích hợp cao (integrated antenna) cho tần số cao, như tần số băng K (~20-22 GHz).

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 15681 tại Cục Thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia.

N.P.D (NASATI)