Luận án: Siêu vật liệu điện từ điều khiển tán xạ ăng ten Fabry-Perot - Lê Hữu Trưởng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ HỮU TRƯỞNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CẤU TRÚC SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ ĐIỀU KHIỂN TÁN XẠ ỨNG DỤNG TRONG CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH ĂNG-TEN FABRY-PEROT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG Hà Nội – 2024 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LÊ HỮU TRƯỞNG NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN CẤU TRÚC SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ ĐIỀU KHIỂN TÁN XẠ ỨNG DỤNG TRONG CẢI THIỆN ĐẶC TÍNH ĂNG-TEN FABRY-PEROT Ngành: Kỹ thuật viễn thông Mã số: 9520208 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG TẬP THỂ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. NGUYỄN KHẮC KIỂM Hà Nội – 2024 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng các kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là thành quả nghiên cứu của bản thân tôi trong suốt thời gian làm nghiên cứu sinh và chưa từng xuất hiện trong công bố của các tác giả khác. Các kết quả đạt được là chính xác và trung thực. Hà Nội, ngày … tháng … năm 2024 Người hướng dẫn Nghiên cứu sinh TS.

Tạ Sơn Xuất TS. Nguyễn Khắc Kiểm Lê Hữu Trưởng i LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Tạ Sơn Xuất và TS. Nguyễn Khắc Kiểm đã hướng dẫn trực tiếp về mặt khoa học đồng thời hỗ trợ tôi về nhiều mặt để tôi có thể hoàn thành bản luận án này.

Qua đây, tôi cũng xin cảm ơn Trường Điện - Điện tử, Cơ quan quản lý nghiên cứu sinh, Đại học Bách Khoa Hà Nội, đơn vị nơi tôi công tác, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu. Tôi xin gửi lời cám ơn đến các anh/chị/em sinh viên, nghiên cứu sinh, và thành viên trong Lab CRD đã tận tình hỗ trợ, trao đổi, và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án này. Cuối cùng, tôi dành những lời yêu thương nhất đến mọi thành viên trong gia đình. Sự động viên, giúp đỡ của họ là động lực mạnh mẽ giúp tôi vượt qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án này.

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2024 Nghiên cứu sinh Lê Hữu Trưởng ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. II MỤC LỤC. III DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT. VI DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ĐIỂN HÌNH.

X DANH MỤC HÌNH VẼ.XII DANH MỤC BẢNG BIỂU. XVI MỞ ĐẦU. Giới thiệu về siêu vật điện từ điều khiển tán xạ và ứng dụng. Những vấn đề còn tồn tại và tính cấp thiết.

Mục tiêu, đối tượng, phạm vi và phương pháp nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp của luận án. Cấu trúc nội dụng của luận án. TỔNG QUAN VỀ SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ ĐIỀU KHIỂN TÁN XẠ VÀ ĂNG-TEN SỬ DỤNG SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ ĐIỀU KHIỂN TÁN XẠ.

SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ ĐIỀU KHIỂN TÁN XẠ. Định nghĩa siêu vật liệu điện từ. Suy đoán lý thuyết của Viktor Veselago. Thực nghiệm minh họa vật liệu LH.

Siêu vật liệu điện từ điều khiển tán xạ. Siêu bề mặt điện từ điều khiển tán xạ. NGUYÊN LÝ MẶT PHẲNG PHẢN XẠ MỘT PHẦN [35]. Mô hình nguyên lý.

Điều kiện biên độ hệ số phản xạ. Điều kiện pha hệ số phản xạ. ĂNG-TEN SỬ DỤNG SIÊU BỀ MẶT ĐIỆN TỪ ĐIỀU KHIỂN TÁN XẠ. Ăng-ten mảng phản xạ.

Ăng-ten thấu kính phẳng. Ăng-ten giảm nhỏ diện tích phản xạ hiệu dụng. ĂNG-TEN HỐC CỘNG HƯỞNG FABRY-PEROT. BỘ LỌC VÀ ĂNG-TEN KẾT HỢP BỘ LỌC THÔNG DẢI.

Định nghĩa về bộ lọc. Phân chia bộ lọc. Bộ lọc thông dải. Ăng-ten kết hợp bộ lọc thông dải.

DIỆN TÍCH PHẢN XẠ HIỆU DỤNG. Phương trình ra-đa. Định nghĩa diện tích phản xạ hiệu dụng. Diện tích phản xạ hiệu dụng của một vật thể.

Phương pháp tối ưu RCS của vật thể. MỘT SỐ NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG QUỐC PHÒNG NỔI BẬT GẦN ĐÂY. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1. CẤU TRÚC SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ SỬ DỤNG BỀ MẶT PHẢN XẠ MỘT PHẦN TRONG THIẾT KẾ ĂNG-TEN FABRY-PEROT PHÂN CỰC KÉP NHẰM CẢI THIỆN HỆ SỐ TĂNG ÍCH VÀ ĐẶC TÍNH LỌC.

GIỚI THIỆU CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC ĂNG-TEN. CẤU TRÚC PHẦN TỬ ĐƠN CHO MẶT PHẢN XẠ MỘT PHẦN BĂNG RỘNG. CÁC BƯỚC THIẾT KẾ ĂNG-TEN.

THIẾT KẾ MẠCH TIẾP ĐIỆN VI SAI KÉP. Sơ đồ đường truyền cao tần. Mô phỏng ba-lun. Mô phỏng mạch tiếp điện sử dụng ANSYS Electronics Desktop.

CHẾ TẠO VÀ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM. SO SÁNH ĂNG TEN ĐỀ XUẤT VỚI CÁC CÔNG BỐ GẦN ĐÂY. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2. CẤU TRÚC SIÊU VẬT LIỆU ĐIỆN TỪ ĐIỀU KHIỂN TÁN XẠ SỬ DỤNG MẶT PHẢN XẠ MỘT PHẦN TÍCH HỢP SIÊU BỀ MẶT ĐIỆN TỪ iv SẮP XẾP HÌNH BÀN CỜ TRONG THIẾT KẾ ĂNG-TEN FABRY-PEROT CÓ ĐẶC TÍNH LỌC VÀ GIẢM THIỂU DIỆN TÍCH PHẢN XẠ HIỆU DỤNG.

GIỚI THIỆU CHƯƠNG 3. MỤC TIÊU THIẾT KẾ VÀ ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT. MẶT PHẢN XẠ MỘT PHẦN TÍCH HỢP SIÊU BỀ MẶT ĐIỆN TỪ SẮP XẾP HÌNH BÀN CỜ. CẤU TRÚC ĂNG-TEN.

Ăng-ten mạch in sử dụng tiếp điện hình-T. ĐẶC TÍNH CỦA ĂNG-TEN TRONG CÁC MÔ HÌNH KHÁC NHAU. CẤU TRÚC BÀN CỜ VỚI SỐ PHẦN TỬ ĐƠN VỊ KHÁC NHAU. KHẢO SÁT ĐẶC TÍNH TÁN XẠ VỚI SÓNG TỚI ĐA DẠNG PHÂN CỰC.

CHẾ TẠO VÀ ĐO ĐẠC THỰC NGHIỆM. Mẫu chế tạo. Kết quả đo đặc tính bức xạ. Kết quả đo đặc tính tán xạ.

SO SÁNH VÀ ĐÁNH GIÁ. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 .87 KẾT LUẬN CHUNG VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI .89 TÀI LIỆU THAM KHẢO.93 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ STT Ý nghĩa tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt Chữ viết tắt 01 2D 2-Dimension Hai chiều 3GPP Third Generation Partnership Dự án hợp tác thế hệ thứ ba 02 Project 5G 5th Generation of Mobile Mạng thông tin di động thế hệ 03 Network thứ 5 6G 6th Generation of Mobile Mạng thông tin di động thế hệ 04 Network thứ 6 ADS Advanced Design System Phần mềm ADS của nhà sản 05 xuất Keysight AESA Active Electronically Scanned Mảng quét điện tử chủ động 06 Array 07 AMC Artificial Magnetic Conductor Vật dẫn từ nhân tạo 08 AS Absorbing structure Cấu trúc hấp thụ 09 BPF Band Pass Filter Bộ lọc thông dải 10 BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc CAMS Chessboard Arrangement Siêu bề mặt điện từ sắp xếp 11 MetaSurface theo ô bàn cờ CPCM Chessboard Polarization Siêu bề mặt điện từ chuyển đổi 12 Conversion Metasurface phân cực sắp xếp theo ô bàn cờ 13 CPW CoPlanar Waveguide Ống dẫn sóng phẳng 14 CRLH Composite Right-Left Hand Tay phải – trái phức hợp 15 DC Direct Current Dòng điện một chiều 16 EBG Electromagnetic Band Gap Bề mặt khoảng trống điện từ vi Ký hiệu/ STT Ý nghĩa tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt Chữ viết tắt 17 FIR Fintite Impulse Response Đáp ứng xung hữu hạn FMCW Frequency Modulated Sóng điều tần liên tục 18 Continuous Wave 19 FPA Fabry-Perot Antenna Ăng ten Fabry-Perot FPGA Field Programmable Gate Mảng khả trình công nghệ 20 Arrays trường 21 FSS Frequency Selective Surface Bề mặt chọn lọc tần số 22 GND Ground Điểm đất của mạch điện 23 HIS High Impedance Surface Bề mặt trở kháng cao 24 HPF High Pass Filter Bộ lọc thông cao HPRS Hybrid Partially Refelecting Siêu bề mặt điện từ lai phản xạ 25 Surface một phần 26 IC Integrated Circuit Mạch tích hợp IEEE Institute of Electrical and Viện Kỹ sư Điện và Điện tử 27 Electronics Engineers 28 IIR Infinite Impulse Response Đáp ứng xung vô hạn ISI Institute for Scientific Viện thông tin khoa học 29 Information 30 LH Left Hand Tay trái LHCP Left Hand Circular Phân cực tròn trái 31 Polarization 32 LPF Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp LTCC Low Temperature Co-Fired Gốm nung đồng thời ở nhiệt 33 Ceramics độ thấp 34 MCU Micro-Controller Unit Vi điều khiển vii Ký hiệu/ STT Ý nghĩa tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt Chữ viết tắt 35 MTM MeTaMaterial Siêu vật liệu 36 NRI Negative Refractive Index Chỉ số khúc xạ âm 37 PBC Periodic Boundary Condition Điều kiện biên chu kỳ tuần hoàn 38 PCB Printed Circuit Board Mạch in PCM Polarization Conversion Siêu bề mặt điện từ chuyển đổi 39 Metasurface phân cực PCS Polarization Conversion Siêu bề mặt điện từ chuyển đổi 40 Surface phân cực 41 PEC Perfect Electrical Conductor Vật dẫn điện lý tưởng 42 PFA Fabry-Perot Antenna Ăng-ten Fabry-Perot 43 PIN Positive - Intrinsic - Negative Cấu trúc bán dẫn PIN PML Perfectly Matched Layer Lớp phối hợp trở kháng lý 44 tưởng 45 PRS Partially Reflecting Surface Bề mặt phản xạ một phần 46 PSS Phase-Shifting Surface Bề mặt dịch pha RADAR RAdio Detection And Ra-đa 47 Ranging RCS Radar Cross Section Tiết diện ra-đa, hoặc diện tích 48 phản xạ hiệu dụng trong ra-đa RCSR Radar Cross Section Độ suy giảm diện tích phản xạ 49 Reduction hiệu dụng trong ra-đa 50 RF Radio Frequency Tần số vô tuyến 51 RH Right Hand Tay phải RHCP Right Hand Circular Phân cực tròn phải 52 Polarization viii Ký hiệu/ STT Ý nghĩa tiếng Anh Ý nghĩa tiếng Việt Chữ viết tắt 53 RIS Reactive Impedance Surface Bề mặt trở kháng phản ứng 54 SAR Synthetic Aperture Radar Radar khẩu độ tổng hợp 55 SAW Surface Accoustic Wave Sóng âm bề mặt 56 SMA Sub-Miniature version A Đầu nối cao tần chuẩn SMA 57 SNR Signal To Noise Ratio Tỉ số tín hiệu trên nhiễu 58 SRR Split Ring Resonator Vòng xuyến hở TPG Transverse Permitivity Độ điện thẩm ngang biến thiên 59 Gradient liên tục 60 TW Thin Wire Dây mảnh TW-SRR Thin Wire-Split Ring Dây mảnh-Vòng xuyến hở 61 Resonator 62 UAV Unmanned Aerial Vehicle Máy bay không người lái UCAV Unmanned Combat Aerial Máy bay chiến đấu không 63 Vehicle người lái UC-PBC Uniplanar Compact Photonic- Khoảng trống quang tử phẳng 64 Bandgap UCSD University of California San Đại học California San Diego 65 Diego 66 VNA Vector Network Analyzer Máy phân tích mạng véc-tơ 67 VSWR Voltage Standing Wave Ratio Tỉ số sóng đứng điện áp 68 WLAN Wireless Local Area Network Mạng giao tiếp không dây cục bộ ix DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU TOÁN HỌC ĐIỂN HÌNH Ký STT Ý nghĩa hiệu µ0 Độ từ thẩm trong không gian tự do, 01 µ0 = 4π.10-7 (H/m) 02 µr Độ từ thẩm tương đối 03 a Bán kính của sợi dây dẫn mảnh 04 A Diện tích mặt cắt ngang của vật thể (Aperture) 05 B Băng thông 06 c Hằng số vận tốc ánh sáng; c = 2,99792458.