BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI --- ---NGUYỄN THÚY HIỀN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU META HẤP THỤ HOÀN HẢO DẢI TẦN SỐ RỘNG VÙNG GHz DÙNG KHOANG CỘNG HƯỞNG ĐIỆN
Trang 1BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
-
-NGUYỄN THÚY HIỀN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU META HẤP THỤ HOÀN HẢO DẢI TẦN SỐ RỘNG VÙNG GHz DÙNG KHOANG
CỘNG HƯỞNG ĐIỆN TỪ
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÍ
HÀ NỘI, 2018
Trang 2BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
-
-NGUYỄN THÚY HIỀN
NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO VẬT LIỆU META HẤP THỤ HOÀN HẢO DẢI TẦN SỐ RỘNG VÙNG GHz DÙNG KHOANG
CỘNG HƯỞNG ĐIỆN TỪ
Chuyên ngành: Vật lí chất rắn
Mã số: 8.44.01.04
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VẬT LÍ
Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS Trần Mạnh Cường
HÀ NỘI, 2018
Trang 3MỞ ĐẦU
Ngày nay, việc tìm ra được những vật liệu mới có tính chất tốt hơn sovới vật liệu tự nhiên đã thu hút được sự quan tâm và nghiên cứu của đông đảocác nhà khoa học trên thế giới Một trong những vật liệu có ý nghĩa to lớn trongcuộc cách mạng vật liệu mới là vật liệu Meta Với những tính chất đặc biệt vàkhả năng ứng dụng thực tiễn đầy triển vọng vật liệu Meta đã nhận sự đầu tư rấtlớn về mặt kinh phí, số lượng các công trình công bố liên quan đến vật liệu này
đã tăng đột biến trong những năm qua Vật liệu Meta có chiết suất âm là địnhhướng nghiên cứu đầu tiên thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học Tínhchất của vật liệu Meta chiết suất âm được tiên đoán về mặt lý thuyết bởiVeselago từ năm 1968 [21] Trên cơ sở lí thuyết của Veselago, Smith cùng với
các cộng sự đã chứng minh bằng thực nghiệm vào năm 2000 [20] Một trong
những ứng dụng nổi bật của vật liệu này là siêu thấu kính được đề xuất bởiPendry vào năm 2000 và “áo choàng tàng hình” được đề xuất và chứng minhtại vùng GHz bởi Schurig và các cộng sự năm 2006…
Trong những năm gần đây một tính chất mới được phát hiện và nghiêncứu của vật liệu Meta đó là Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ (metamaterialperfect absorber – MPA) Năm 2008, vật liệu MPA đã được đề xuất và kiểmchứng bằng thực nghiệm bởi Landy và các cộng sự [9] Loại vật liệu MPAđược nghiên cứu nhiều hiện nay là MPA có lớp kim loại làm bằng đồng và cólớp thứ ba là tấm kim loại kín để độ truyền qua bằng không Các cấu trúc đãđược chế tạo thành công như cấu trúc chữ I, vòng tròn, đĩa tròn…[3, 1] Với
độ dày không đáng kể so với bước sóng hoạt động (nhỏ hơn λ/10) và có thểđiều chỉnh được trở kháng chúng ta có thể thiết kế và chế tạo vật liệu Metahấp thụ hoàn hảo sóng điện từ chiếu tới (A~100%) hoạt động trên các dải tần
số mong muốn khác nhau từ vùng vi sóng đến vùng hồng ngoại và thậm chí
cả vùng ánh sáng nhìn thấy Việc nghiên cứu tính chất hấp thụ của vật liệu Meta
Trang 4sẽ là tiền đề cho hàng loạt ứng dụng tiềm năng trong công nghiệp như chế tạo vinhiệt kế, các phòng chắn bức xạ công nghiệp, pin mặt trời hiệu suất cao… vàđặc biệt trong lĩnh vực quốc phòng giúp thay đổi hướng đi của sóng điện từ,tàng hình ảnh nhiệt, tác chiến ban đêm…
Vật liệu Meta hoạt động dựa trên các cộng hưởng điện từ khi tương tácvới các thành phần điện Er
và thành phần từ Hr
của sóng điện từ chiếu đến.Dựa trên tính chất này chúng tôi xây dựng cấu trúc khoang cộng hưởng sâuvới các lớp kim loại và điện môi xen kẽ để tạo ra vật liệu MPA hấp thụ hoànhảo sóng điện từ theo một phương thức mới Cách tiếp cận mới này giúp chocấu trúc có thể được khảo sát toàn diện hơn và các bài toán khác có thể đặt ranhư áp dụng khoang với kích thước khác nhau, sắp xếp khoang trong vậtliệu…sẽ có ảnh hưởng tới tính hấp thụ điện từ và cải thiện đặc tính của cấutrúc Hơn nữa, việc thiết kế và chế tạo vật liệu có tính chất thay đổi một cáchlinh hoạt hay tối ưu hóa cấu trúc để giảm tổn hao điện từ của vật liệu khi hoạtđộng cũng là vấn đề cần quan tâm Với những lý do nêu trên, tôi đã lựa chọn
nội dung: “Nghiên cứu chế tạo vật liệu meta hấp thụ hoàn hảo dải tần số rộng vùng GHz dùng khoang cộng hưởng điện từ” làm đề tài luận văn.
Luận văn được thực hiện dựa trên việc kết hợp giữa mô hình hóa, tối ưucấu trúc, mô phỏng, chế tạo, đo đạc kiểm nghiệm:
Với các mục tiêu đó, luận văn chia thành 3 chương:
Chương I : Tổng quan vật liệu Meta
Chương II : Cấu trúc nghiên cứu và kết quả tối ưu
Chương III : Kết quả thực nghiệm
Trang 5CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẬT LIỆU META 1.1 Khái niệm vật liệu Meta
Hình 1.1: Cấu trúc giữa vật liệu truyền thống và vật liệu Meta
Hình 1.1 là hình ảnh so sánh về cấu trúc giữa vật liệu truyền thống vàvật liệu Meta: Vật liệu truyền thống được hình thành từ những phân tử,nguyên tử, giữa là hạt nhân, xung quanh là các điện tử Tính chất vật liệutruyền thống chủ yếu được quyết định bởi lớp điện tử ngoài cùng và sự sắpxếp các nguyên tử trong mạng tinh thể Trong khi đó vật liệu Meta được xâydựng từ các ô cơ sở, mỗi ô cơ sở tương tự như một nguyên tử của vật liệutruyền thống và gọi là “giả nguyên tử” Tính chất của vật liệu Meta đượcquyết định chủ yếu bởi hình dạng cấu trúc của “giả nguyên tử” và trật tự sắpxếp của “giả nguyên tử” Các cấu trúc "giả nguyên tử" này có thể là đối xứnghoặc bất đối xứng, đẳng hướng hoặc bất đẳng hướng, được làm từ kim loạihoặc điện môi, có thể là chất phi từ hoặc sắt từ, và quan trọng nhất là có kíchthước nhỏ hơn từ 7-10 lần so với bước sóng hoạt động của vật liệu Meta.Chúng ta đều biết tính chất điện từ của mỗi một loại vật liệu được đặc trưng
Trang 6bởi hai đại lượng vật lý: độ từ thẩm và hằng số điện môi Sự lan truyền
của sóng điện từ trong vật liệu liên quan chặt chẽ tới hai đại lượng này.Nguyên lý cơ bản của vật liệu Meta là tạo ra các mạch cộng hưởng điện từ từnhững cấu trúc "giả nguyên tử", có khả năng điều khiển riêng biệt hai đạilượng này, điều mà không thể làm được với các vật liệu tự nhiên Sự truyềnsóng điện từ trong vật liệu Meta do đó cũng có thể dự đoán, thiết kế trước vàđiều chỉnh theo ý muốn
1.2 Phân loại Vật liệu Meta
Để phân loại vật liệu Meta có thể dựa vào hai đại lượng: độ điện thẩm
và độ từ thẩm Đây là hai đại lượng cơ bản giúp xác định sự lan truyềnsóng điện từ trong vật liệu
Trang 7Hình 1.2: Sơ đồ mối liên hệ giữa � và �
- Vật liệu có độ điện thẩm âm (electric metamaterial): ε < 0
- Vật liệu có độ từ thẩm âm (magnetic metamaterial): μ < 0
- Vật liệu có chiết suất âm (left-handed metamaterial): n < 0
Qua các nghiên cứu về vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ chothấy, cơ chế hấp thụ dựa trên cộng hưởng từ tạo ra độ từ thẩm âm Do đó, vậtliệu hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ là vật liệu có độ từ thẩm âm
ε <0, � >0 (II)
Tồn tại trong kim loại dưới tần số
ε >0, � >0 (I)
ε <0, � <0 (III)
Không tồn tại trong tự nhiên nhưng
tồn tại trong vật liệu Meta Tồn tại trong một số vật liệu từ ở tần số thấp
ε >0, � <0 (IV)
Trang 81.3 Ứng dụng vật liệu Meta
Năm 2000, Pendry đã triển khai lý thuyết Veselago với bài viết
"Negative refraction gives a perfect lens"[16] Năm 2004, siêu thấu kính đầutiên được chế tạo hoạt động ở vùng tần số vi-ba cho độ phân giải lớn hơn balần so với giới hạn nhiễu xạ [7] Chỉ một năm sau đó, năm 2005 Fang và cáccộng sự đã chế tạo thành công siêu thấu kính quang học sử dụng màng mỏngbạc, phá vỡ các giới hạn nhiễu xạ cho hình ảnh phân giải cao (Hình 1.4)
Ứng dụng nổi bật khác của vật liệu Meta đó là “Áo choàng tànghình”
Hình 1.6: Đường đi của sóng điện từ trong siêu vật liệu: (A) Biểu hiện hai
ánh sáng có thể bị bẻ cong làm vật thể được “tàng hình” và (B) Biểu hiện ba chiều [17]
Khả năng “tàng hình” được đề xuất và chứng minh tại vùng GHz bởi
Schurig và các cộng sự năm 2006 [19] Sau đó, Zhang và các cộng sự lần đầutiên tạo ra một thảm phủ (cloaking carpet) làm tàng hình một vật thể ở vùngcận hồng ngoại (bước sóng 1,600 nm) (Hình 1.7) Những nghiên cứu về “áochoàng tàng hình” của siêu vật liệu đã làm chấn động cộng đồng nghiên cứuquang học và điện từ học nhất là giới nghiên cứu khoa học quân sự Ngoàinhững ứng dụng kể trên, vật liệu Meta còn có nhiều tiềm năng trong cáclĩnh vực khác như: cảm biến sinh học [10, 18], bộ lọc tần số [5, 8], bộ lọc
Trang 9bị phân tích phổ và cảm biến trên các thang THz hay vùng vi sóng [24], giúpxây dựng bộ dò plasmonic ở vùng hồng ngoại gần [13]… Đặc biệt, cùng với
sự phát triển mạnh mẽ của vật liệu nano, khả năng chế tạo vật liệu MPA hấpthụ ánh sáng mặt trời là một định hướng ứng dụng mới trong việc làm pin mặttrời hiệu suất cao [22, 14]
1.4 Tổng quan vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóng điện từ
1.4.1 Cơ chế hấp thụ sóng điện từ của vật liệu Meta
Ta có : A + R + T = 1 hay A= 1 – T – R
Trong đó : A là độ hấp thụ ; T là độ truyền qua; R là độ phản xạ
Độ phản xạ và hệ số phản xạ trong các trường hợp của sóng phâncực TE và TM:
r
n R
r TM r
n R
Trang 10Với là góc tới và n r r là chiết suất của vật liệu Trường hợp
chiếu sóng điện từ vuông góc với mẫu thì khi đó 0 ta có phương trình:
0 0
r r
môi trường không khí Nếu MPA có lớp thứ 3 là tấm kim loại thì độ truyềnqua T=0, ta có độ hấp thụ:
0 0
kế vật liệu có độ dày và độ tổn hao lớn để hấp thụ sóng điện từ trước khi phản
xạ ngược trở lại môi trường Đó là cơ chế hấp thụ dựa trên sự phối trở kháng.Ngoài ra còn có cơ chế hấp thụ dựa trên giao thoa triệt tiêu Ở đó, hai lớp kimloại trong vật liệu hấp thụ đóng vai trò như các mặt phản xạ sóng Cần phảilựa chọn vật liệu điện môi có bề dày và hằng số điện môi sao cho sóng phản
xạ từ lớp cấu trúc tuần hoàn bằng kim loại và sự chồng chập của nhiều phản
xạ giữa hai lớp kim loại ngược pha nhau từ đó dẫn đến phản xạ triệt tiêu hoàntoàn Tấm kim loại mặt sau đóng vai trò chặn sóng điện từ truyền đến do đó
độ truyền qua bằng không [4]
1.4.2 Vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ
Vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ (MPA) là vật liệu có khảnăng hấp thụ gần như hoàn toàn năng lượng của sóng điện từ chiếu tới tại tần
số hoạt động Nguyên lí hoạt động của MPA là hấp thụ cộng hưởng vì MPAđược xây dựng trên cấu trúc cộng hưởng điện từ Các nhà khoa học đã chứngminh được rằng tại tần số xảy ra hấp thụ thì các đại lượng truyền qua, phản
Trang 11xạ, tán xạ là không đáng kể Hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ có thể được phânchia thành hai loại: hấp thụ cộng hưởng (resonant absorbers) và hấp thụ cóbăng thông rộng (broadband absorbers) Hấp thụ cộng hưởng dựa trên sựtương tác giữa vật liệu với sóng điện từ bằng cách cộng hưởng tại tần số xác
định , ở đây bước sóng điện từ tương ứng với tần số 0 là 0 0
có tính chất hấp thụ không phụ thuộc vào tần số và do đó có thể hấp thụ sóngđiện từ trên một dải rộng lớn Một trong những tính chất hết sức thú vị củaMPA là có khả năng điều chỉnh đưuợc vùng tần số hoạt động mongmuốn thông qua thay đổi kích thước và lợi thế độ dày nhỏ như đã đượcchứng minh là 0 40 [11], 0 69 [12].
Tuy nhiên một trong những nhược điểm của vật liệu MPA khi đưa vàoứng dụng đó là tần số hấp thụ không thể thay đổi sau khi chế tạo Các thiết bị
sử dụng vật liệu MPA sẽ trở nên linh hoạt hơn khi tần số hấp thụ có thể điềukhiển bằng các yếu tố ngoại vi như từ trường, điện trường Đồng thời việcthiết kế chế tạo vật liệu với rất nhiều lớp gây khó khăn trong kỹ thuật chế tạomẫu gây ra sai số lớn, đặc biệt là với những điều kiện về các thiết bị chế tạomẫu vẫn còn hạn chế tại nước ta Chính vì vật liệu Meta hấp thụ tuyệt đối sóngđiện từ có các tính chất đặc biệt và khả năng ứng dụng thực tế, luận văn đã lựachọn vật liệu này làm đối tượng nghiên cứu chính
1.5 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Trong luận văn, chúng tôi tập trung giải quyết 2 vấn đề:
Một là, xây dựng được cấu trúc vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóngđiện từ dùng khoang cộng hưởng đa lớp với cấu trúc đơn giản, hợp lý, tối ưuhóa cấu trúc vật liệu Meta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ ở dải tần số rộng
vùng GHz Quá trình tối ưu hóa cấu trúc được tiến hành một cách hệ thống,
Trang 12thông qua các cấu trúc trung gian Sự hình thành và cơ chế hấp thụ ở mỗibước tối ưu hóa được giải thích bằng phương pháp mô phỏng.
Hai là, trên cơ sở tối ưu hóa bằng mô phỏng, chế tạo thành công vậtliệu Meta hấp thụ hoàn hảo dải tần số rộng vùng GHz dùng khoang cộnghưởng điện từ so sánh, kiểm chứng với kết quả mô phỏng
Trang 13CHƯƠNG 2: CẤU TRÚC NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ TỐI ƯU
2.1 Quy trình nghiên cứu vật liệu Meta
Hình 2.1: Sơ đồ quy trình nghiên cứu MPA hoạt động trong vùng tần số GHz
dựa trên sự kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm.
2.2 Phương pháp nghiên cứu vật liệu Meta
Phương pháp nghiên cứu vật liệu Meta trong luận văn thực hiện dựatrên sự kết hợp của mô hình vật lí, mô phỏng thiết kế cấu trúc, chế tạo mẫu vàkiểm chứng bằng thực nghiệm Mô hình vật lí dựa trên mô hình lớp cộnghưởng Dựa trên mô hình này các tần số cộng hưởng điện và cộng hưởng từ
có thể được tính toán dựa theo các tham số cấu trúc
Lựa chọn vật liệu để chế tạo: Trong luận văn nghiên cứu chế tạo vậtliệu Meta hoạt động ở vùng tần số GHz, lớp kim loại sử dụng là đồng (Cu) vàlớp điện môi thường sử dụng là vật liệu FR-4 Lớp kim loại được chọn là Cu
vì trong vùng GHz ảnh hưởng của các kim loại khác nhau lên tính chất điện từcủa vật liệu Meta không đáng kể và Cu là kim loại rẻ so với các kim loại quýhiếm khác Điện môi FR-4 tuy tổn hao khá lớn nhưng nó vẫn đáp ứng được
Điều kiện đầu vào:
LIỆU
Trang 14hầu hết các điều kiện nghiên cứu trong vùng GHz và giá thành rẻ.
2.2.1 Phương pháp mô phỏng vật lí
Trong các phần mềm mô phỏng thương mại, phần mềm CSTMicrowave studio là chương trình phổ biến và có độ chính xác cao được sửdụng rộng rãi hiện nay Nhờ độ chính xác cao từ các kĩ thuật mô phỏng kếtquả mô phỏng sẽ hỗ trợ tích cực cho việc tiến hành thực nghiệm Qua đó giúpcho việc giải thích các hiện tượng, tính chất vật liệu dễ dàng hơn Chính vì thếluận văn sử dụng phần mềm CST để nghiên cứu mô phỏng
Đối với vật liệu MPA, thông số quan trọng nhất là độ hấp thụ, nóbiểu thị tỉ lệ phần trăm năng lượng của sóng điện từ chiếu tới bị hấp thụ bởivật liệu Độ hấp thụ được tính A(ω) = 1 – R(ω) – T(ω) Trong đó: R(ω) là độphản xạ, T(ω) là độ truyền qua của vật liệu Độ phản xạ và độ truyền qua thuđược bằng cách thiết lập điều kiện và nguồn sóng thích hợp Việc thiết lập cáctham số đầu vào bao gồm: Vật liệu (được lấy từ ngân hàng vật liệu có sẵnhoặc đưa các thông số của vật liệu mới không có sẵn trong chương trình môphỏng), hình dạng, kích thước và các tham số cấu trúc của ô cơ sở, điều kiệnbiên cùng môi trường xung quanh vật liệu Các tham số đầu ra thu được baogồm: các tham số tán xạ dưới dạng phức như hệ số truyền qua S21, hệ số phản
xạ S11, qua đó độ phản xạ R(ω)và truyền qua T(ω) có thể thu được là R(ω) =
2
11
S và T(ω) = S212 Vì thế việc khảo sát về vật liệu MPA thì hệ số phản xạ
S11 và hệ số truyền qua S21 là hai thông số được sử dụng nhiều nhất
Bên cạnh đó, việc sử dụng phần mềm mô phỏng giúp chúng ta quan sátđược một số tính chất của vật liệu Meta rất khó kiểm chứng và quan sát bằngthực nghiệm Ví dụ: Phân bố điện trường và từ trường bên trong vật liệu Metacho thấy sự tương tác giữa sóng điện từ chiếu tới cấu trúc như thế nào qua đó
có thể cung cấp thông tin về cơ chế hấp thụ sóng điện từ của vật liệu Meta
Trang 15Ngoài ra, một thông số khác được quan tâm đó là dòng bề mặt, có thể đượcdùng để chỉ ra đặc tính cộng hưởng của phần kim loại trong cấu trúc vật liệu.
Mô phỏng cũng cho phép nghiên cứu và đánh giá sự phân bố mật độ tiêu tánnăng lượng trong vật liệu Meta Thông tin 2D và 3D có thể đưa ra các dữ liệu
để tính toán và phân tích sâu hơn
2.2.2 Phương pháp thực nghiệm
Trong vùng GHz, khảo sát đặc tính thường được thực hiện trongbuồng hấp thụ vi sóng, ở đó các ăng ten dạng loa, được nối với một hệphân tích mạng véc tơ, đo sóng phản xạ và truyền qua mẫu Để đo phản xạ từMPA, một loa vi sóng tập trung chùm vi sóng vào mẫu đóng vai trò là đầuphát, còn loa còn lại được dùng như đầu thu Hai loa được đặt đối xứng quamặt phẳng pháp tuyến với bề mặt mẫu Để đo truyền qua, loa nguồn được đặttrước mẫu còn loa thu được đặt phía đối diện của mẫu Việc chuẩn hóa phép
đo phản xạ được thực hiện bằng cách sử dụng một tấm kim loại cùng kíchthước với mẫu làm chuẩn [3]
2.3 Cấu trúc nghiên cứu và kết quả mô phỏng
- Khoang có cấu tạo gồm 4 lớp và một đế, mỗi lớp gồm 2 phần:
+ Phía trên là lớp đồng (độ dẫn điện 5.8 10 � 7 Sm-1) và có độ dày td =0.03 mm là một bản đồng rỗng với các tham số cấu trúc mặt trước a, b, c.Trong đó: a hằng số mạng, b,c là kích thước bản đồng rỗng phía trên
+ Phía dưới là lớp điện môi FR-4 (hằng số điện môi 4.3, tổn hao ),
có độ dày tm = 1.6 mm
- Mặt đế dưới cùng là lớp đồng phủ kín toàn bộ mặt sau của cấu trúc có
độ dày td = 0.03mm (độ dẫn điện 5.8 10 � 7 Sm-1)
Trang 16Sử dụng phần mềm CST chạy mô phỏng cấu trúc chúng tôi thu đượckết quả như sau:
Hình 2.5: (a) Ô cơ sở khoang 1 lớp (b) Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ
khoang 1 lớp.
Từ đồ thị kết quả mô phỏng phổ hấp thụ khoang 1 lớp Hình 2.5(b)
Trang 17chúng tôi nhận thấy xuất hiện hai đỉnh hấp thụ tại hai tần số f = 6.15 GHz với
độ hấp thụ A � 72.3% và f = 8.36 GHz với độ hấp thụ A � 100% Như vậykhoảng tần số hấp thụ với cấu trúc khoang một lớp xây dựng là 2.21 GHz
Để biết thêm về cơ chế về độ hấp thụ của cấu trúc khoang 1 lớpchúng tôi quan sát mật độ điện trường, từ trường của cấu trúc khoang 1 lớp tạihai tần số f = 6.15 GHz và f = 8.36 GHz Mật độ điện trường, từ trường củacấu trúc khoang 1 lớp được biểu diễn trên các hình sau:
Hình 2.7: Mật độ từ trường của cấu trúc khoang 1 lớp tại tần số f = 6.15 GHz và f = 8.36 GHz.
Ở đây cấu trúc xây dựng giống như một khoang cộng hưởng hình chữnhật hình thành sóng đứng ở tần số cộng hưởng giam giữ năng lượng bêntrong nó tạo ra đỉnh hấp thụ bậc cao cho cấu trúc Như vậy, để tạo ra vật liệuMeta hấp thụ hoàn hảo sóng điện từ là thông qua trở kháng của vật liệu vớikhông khí để triệt tiêu phản xạ Đồng thời thiết kế vật liệu có độ dày và độ tổn
Trang 18hao lớn để hấp thụ sóng điện từ trước khi phản xạ ngược trở lại môi trường.
Đó là cơ chế hấp thụ dựa trên sự phối trở kháng
Xét cấu trúc khoang 2 lớp với hằng số mạng a = 25 mm Lớp kim loạiđược chọn là đồng (độ dẫn điện Sm-1) và có độ dày td = 0.03 mm Lớp điệnmôi FR-4 (hằng số điện môi , tổn hao ) có độ dày tm = 1.6 mm Hai lớp kimloại phía trên có kích thước bản đồng vuông rỗng là b1 = c1= 16 mm (lớp 1), b2
= c2= 16 mm (lớp 2) Lớp kim loại phía dưới cùng phủ kín toàn bộ cấu trúc
có độ dày td = 0.03 mm (độ dẫn điện Sm-1)
Sử dụng phần mềm mô phỏng CST chúng tôi thu được kết quả sau:
Hình 2.8: (a) Ô cơ sở khoang 2 lớp (b) Kết quả mô phỏng phổ hấp thụ
khoang 2 lớp.
Do đó, khi tăng thêm số lớp kim loại – điện môi chúng tôi thu đượcthêm đỉnh hấp thụ và mở rộng phổ hấp thụ làm tăng khoảng tần số của phổhấp thụ
Xét cấu trúc lớp 3 lớp vật liệu với hằng số mạng a = 25 mm Lớp kimloại được chọn là đồng (độ dẫn Sm-1) và có độ dày td = 0.03 mm Lớp điệnmôi FR-4 (hằng số điện môi , tổn hao ) có độ dày tm = 1.6 mm Ba lớp kimloại phía trên có kích thước bản đồng vuông rỗng là b1 = c1 = 16 mm, b2 = c2 =
16 mm, b3 = c3 = 16 mm Lớp kim loại phía dưới cùng phủ kín toàn bộ cấutrúc có độ dày td = 0.03 mm (độ dẫn điện Sm-1)