Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp xác định các tham số của vật liệu sử dụng sóng điện từ ở dải siêu cao tần

Chia sẻ: Trần Văn Yan | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

23
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là Nghiên cứu đề xuất phương pháp, thuật toán, mô hình để xác định các tham số của vật liệu sử dụng kỹ thuật đường truyền vi dải và không gian tự do ở dải siêu cao tần.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu phương pháp xác định các tham số của vật liệu sử dụng sóng điện từ ở dải siêu cao tần

BỘ QUỐC PHÒNG HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ HỒ MẠNH CƯỜNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG SÓNG ĐIỆN TỪ Ở DẢI SIÊU CAO TẦN Ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 9.52.02.03 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
HÀ NỘI – NĂM 2018 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ BỘ QUỐC PHÒNG Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS Vũ Văn Yêm Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ tại Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện theo quyết định số ... / ……, ngày … tháng … năm …… của Giám đốc Học viện Kỹ thuật quân sự, họp tại Học viện Kỹ thuật quân sự vào hồi ... giờ ... ngày ... tháng …. năm ….
Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Học viện Kỹ thuật quân sự Thư viện Quốc gia
4 MỞ ĐẦU Trong khi công nghệ quyết định cách sử dụng vật liệu điện từ thì khoa học cố gắng để giải mã sự tương tác của vật liệu với trường điện từ. Các phản ứng của vật liệu với trường điện từ được xác định chặt chẽ bởi sự dịch chuyển các điện tử tự do, bị chặn của phản ứng bằng các điện trường và sự định hướng các mômen nguyên tử của phản ứng bằng từ trường. Vật liệu có thể được phân loại thành chất bán dẫn, chất dẫn, chất cách điện hoặc vật liệu điện môi. Vật liệu điện môi được sử dụng rộng rãi trong các mạch điện tử làm việc ở dải siêu cao tần như các vật liệu nền, các mạch cộng hưởng, các vật liệu hấp thụ hoặc các tụ điện ở tần số cao v.v… Đặc biệt khi nghiên cứu phát triển, thiết kế các mạch tích hợp ở dải siêu cao tần đòi hỏi phải biết đầy đủ các đặc tính của các loại vật liệu điện môi được đưa vào sử dụng trong dải tần số này. Bởi vì hoạt động của tất cả các mạch ở tần số cao phụ thuộc vào tính chất điện môi của vật liệu nền. Trong khi các nhà sản xuất thường đưa ra một giá trị điện môi cho các vật liệu nền ở tần số thấp hoặc một tần số nào đó, điều này không đủ để sử dụng ở tần số cao hoặc ở dải tần số rộng. Vì vậy, việc nghiên cứu phương pháp xác định các tham số của vật liệu là có ý nghĩa quan trọng trong thực tiễn, đặc biệt khi thiết kế các mạch ở dải siêu cao tần. Đặc trưng cho đặc tính của vật liệu điện từ là tính chất điện và từ được thể hiện bởi các tham số điện môi và từ thẩm. Dựa trên mối quan hệ giữa tham số tán xạ S và tham số của vật liệu các nhà khoa học trên thế giới đã xây dựng nhiều kỹ thuật đo và đi kèm theo đó là các thuật toán biến đổi khác nhau để xác định điện môi và từ thẩm của vật liệu điển hình như: cộng hưởng vòng vi
5 dải [23], [28], [46], [59]; hốc cổng hưởng [11], [15], [19]; đầu dò đồng trục hở mạch đầu cuối [3], [4], [10], [20], [31], [39], [50]; đường truyền vi dải [16], [24], [33], [42], [64]; ống d ẫn sóng [6], [55], [63]; không gian tự do [1], [8], [21], [22], [45], [53]. Xuất phát từ ý nghĩa thực tiễn trên cũng như mục tiêu nghiên cứu phát triển phương pháp xác định tham số của vật liệu sử dụng sóng điện từ ở dải siêu cao tần. Nội dung của luận án chủ yếu tập trung vào nghiên cứu phương pháp sử dụng kỹ thuật đường truyền vi dải và không gian tự do để xác định các tham số của vật liệu làm tiền đề cho nghiên cứu đề xuất mô hình mới, thuật toán mới. Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Nghiên cứu đề xuất phương pháp, thuật toán, mô hình để xác định các tham số của vật liệu sử dụng kỹ thuật đường truyền vi dải và không gian tự do ở dải siêu cao tần. Đối tượng nghiên cứu: Tính chất điện môi và từ thẩm của vật liệu điện từ; đường truyền vi dải và không gian tự do; thuật toán độ phân giải cao. Phạm vi nghiên cứu: Phương pháp sử dụng đường truyền vi dải để xác định tham số của vật liệu ở dải siêu cao tần; phương pháp sử dụng sóng điện từ trong không gian tự do để xác định tham số của vật liệu ở băng tần X. Phương pháp nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mô hình, đề xuất, cải tiến các thuật toán kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm đo đạc. Cấu trúc của luận án: Luận án bao gồm: phần mở đầu; chương 1, 2, 3; kết luận và hướng nghiên cứu tiếp theo. Cuối cùng là các công trình khoa học
6 đã công bố và tài liệu tham khảo. Tổng số 102 trang, 7 bảng biểu, 63 hình vẽ và đồ thị (không kể phần phụ lục). Những đóng góp của luận án: 1) Đề xuất mô hình một đường truyền và hai đường truyền cho phương pháp sử dụng kỹ thuật đường truyền vi dải để xác định các tham số của vật liệu ở dải siêu cao tần. 2) Đề xuất mô hình hai đường truyền và thuật toán độ phân giải cao cho phương pháp sử dụng truyền sóng điện từ trong không gian tự do để ước lượng các tham số của vật liệu ở băng tần X, cho phép cải thiện độ chính xác của ước lượng. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TÍNH CHẤT ĐIỆN TỪ CỦA VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA VẬT LIỆU SỬ DỤNG SÓNG ĐIỆN TỪ 1.1. Tổng quan về tính chất điện từ của vật liệu 1.1.1. Khái niệm về tính chất điện từ của vật liệu Dựa vào tính chất điện từ của từng loại vật liệu mà người ta chia thành chất cách điện, chất bán dẫn và chất dẫn [14]. Tính chất điện từ của vật liệu được biểu diễn thông qua hai tham số phức là điện môi () và từ thẩm () được định nghĩa: Equation Section 1\* MERGEFORMAT (.) \* MERGEFORMAT (.) Trường điện từ tương tác với vật liệu theo hai dạng năng lượng tích trữ và tiêu hao. Năng lượng tích trữ bao gồm các tham số , mô tả một phần mất mát năng lượng trong quá trình trao đổi giữa trường điện từ với vật liệu. Tiêu hao năng lượng bao gồm các tham số , xảy ra khi năng lượng điện từ bị hấp thụ bởi vật liệu [14].
7 1.1.2. Tính chất điện môi của vật liệu Điện môi của vật liệu không phải là một hằng số mà là một hàm phụ thuộc vào tần số [41]. Điện môi của vật liệu liên quan đến một loạt các hiện tượng vật lí như sự dẫn điện tích, sự phân cực lưỡng cực, sự phân cực nguyên tử và điện tử [36], [37], [44]. 1.1.3. Tính chất từ thẩm của vật liệu Sự phụ thuộc tần số của các vật liệu từ tính là khá phức tạp và một số cơ chế góp phần vào tính chất từ thẩm của một vật liệu vẫn chưa được xem xét đầy đủ. Tuy nhiên, ở dải siêu cao tần từ thẩm của vật liệu có liên quan đến các hiện tượng vật lí như sự từ hóa và vòng từ trễ, từ thẩm vô hướng [27], [44], [49]. 1.2. Tổng quan về phương pháp xác định các tham số của vật liệu 1.2.1. Giới thiệu Phương pháp xác định các tham số của vật liệu sử dụng sóng điện từ có thể chia làm hai loại là các phương pháp không cộng hưởng và cộng hưởng. Trong mỗi loại phương pháp lại chia ra thành các phương pháp tương ứng với từng kỹ thuật cụ thể. 1.2.2. Phương pháp sử dụng kỹ thuật đường truyền vi dải Hình 1.5 thể hiện một mạch vi dải bao gồm một đường truyền vi dải với chiều rộng w, chiều dày lớp đồng t và một mặt phẳng đất được ngăn cách nhau bởi một chất nền điện môi với chiều dày h và được chế tạo bằng công nghệ mạch in PCB. εr x w t εr h y
8 Hình 1.5: Mô hình của một mạch vi dải [14] Trong thiết kế kỹ thuật, người ta coi sóng truyền trên đường vi dải có mode sóng tựa TEM và sử dụng phương pháp bán tĩnh để tính toán điện dung phân bố; sau đó tính toán hằng số truyền sóng, trở kháng đặc tính của đường vi dải [24], [25], [26]. 1.2.3. Phương pháp sử dụng kỹ thuật không gian tự do Mô hình truyền sóng điện từ trong không gian tự do thì ăng ten đóng vai trò quan trọng trong việc bức xạ sóng điện từ [7], [12], [61], [65]. Các mẫu ăngten được sử dụng trong phương pháp này chủ yếu là các mẫu ăngten như hình 1.8. (a) (b) (c) Hình 1.8: Các mẫu ăngten điển hình: (a) ống dẫn sóng chữ nhật, (b) loa tháp, (c) loa nón [7] Một ống dẫn sóng chữ nhật như hình 1.8a có thể được dùng làm ăngten để đo đặc tính của vật liệu bằng phương pháp phản xạ. Trong khi, các loại ăngten loa tháp và nón như hình 1.8b và 1.8c được sử dụng trong việc đo đặc tính của vật liệu bằng phương pháp truyền/phản xạ trong không gian tự do. 1.3. Đặt vấn đề nghiên cứu Nghiên cứu đề xuất mô hình một đường truyền và hai đường truyền cho phương pháp sử dụng kỹ thuật vi dải để xác định các tham số của vật liệu ở dải siêu cao tần.
9 Nghiên cứu đề xuất mô hình hóa, mô hình hai đường truyền và thuật toán độ phân giải cao cho phương pháp sử dụng sóng điện từ trong không gian tự do để xác định tham số của vật liệu ở băng tần X. 1.4. Kết luận chương 1 Chương 1 đã trình bày tổng quan về tính chất điện từ của vật liệu, kỹ thuật đường truyền vi dải, kỹ thuật không gian tự do và cuối cùng là đặt vấn đề nghiên cứu cho các chương tiếp theo của luận án. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐƯỜNG TRUYỀN VI DẢI ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA VẬT LIỆU Ở DẢI SIÊU CAO TẦN 2.1. Đề xuất dụng mô hình một đường truyền vi dải để xác định các tham số của vật liệu 2.1.1. Mô hình thuật toán một đường truyền vi dải Hình 2.1 thể hiện mẫu mạch điện với một đường truyền vi dải với chiều rộng w, chiều dài L và đặc tính trở kháng Z. w Cổng 1 Cổng 2 L Hình 2.1: Sơ đồ mạch điện với một đường vi dải Từ mô hình trên có thể xác định ma trận tán xạ S [14]. Theo [34], [63] hằng số truyền sóng phức γ và trở kháng đặc tính Z của đường truyền vi dải được xác định thông qua ma trận tán xạ S. Điện môi hiệu dụng phức của chất nền được tính toán bởi phương trình sau:
10 Equation Section 2.13Equation Chapter (Next) Section 1Equation Section 2.13(2.13) Theo [29] quan hệ giữa điện môi hiệu dụng và điện môi tương đối của chất nền cho bởi phương trình sau: Equation Section 2.13Equation Chapter (Next) Section 1Equation Section 2.13(2.14) 2.1.2. Kết quả mô phỏng Đề xuất đã sử dụng phần mềm CST để thiết kế, mô phỏng cho mẫu mạch vi dải với chất nền RO4350B ở dải tần (0,5 – 12,5)GHz. Bảng 2.1 Kí hiệu Giá trị L 6,5mm w h 0,254mm t w 0,5mm L t 18µm h ' εr 3,65 (tại 10GHz) tanδe 0,0037 (tại 10GHz) t Hình 2.2: Mạch một đường truyền vi dải thiết kế bằng CST Kết quả xác định điện môi phức của vật liệu nền như sau: Lý thuyết Mô phỏng P n h ệ m cự đ ầ th in ô cứ i ph Tần số [GHz] Hình 2.3: Phần thực điện môi tương đối phức của RO4350B Hình 2.3 cho thấy phần thực điện môi phức của mẫu khá ổn định; tỉ lệ sai số giữa mô phỏng và lý thuyết nhỏ nhất là 0,98%, lớn nhất là 2,92% và trung bình là 1,7%.
11 Lý thuyết Mô phỏng P n h ảđ ầ o ệ m in ô cứ i ph Tần số [GHz] Hình 2.4: Phần ảo điện môi tương đối phức của RO4350B Hình 2.4 cho thấy phần ảo điện môi phức của mẫu cũng rất ổn định; tỉ lệ sai số giữa mô phỏng với lý thuyết nhỏ nhất là 0,42%, lớn nhất là 8,02% và trung bình là 0,51%. Hằng số điện môi cứ Tổn hao điện môi M R E S ệ m caủ đ in i p ô h Tần số [GHz] Hình 2.5: RMSE của hằng số điện môi và tổn hao điện môi Hình 2.5 thể hiện sai số trung bình bình phương tối thiếu (RMSE) của điện môi tương đối phức của mẫu là rất nhỏ. Kết quả của mô hình đề xuất có độ tin cậy nên có thể ứng dụng trong việc khảo sát đặc tính của vật liệu nền PCB ở dải tần số tương đối rộng trong dải siêu cao tần. 2.2. Đề xuất mô hình hai đường truyền vi dải để xác định các tham số của vật liệu X T1 Y 2.2.1. Mô hình thuật toán hai đường truyền vi dải w ể hiện mô hình hai mạch vi dải với cùng chiều Hình 2.6 th Cổng 1 Cổng 2 rộng vi dải w nhưng có chiều dài đường vi dải L1 và L2 khác nhau. L1 X T2 Y w Cổng 1 Cổng 2 L2
12 Hình 2.6: Sơ đồ mạch điện với hai đường truyền vi dải Theo [32] tham số đo được ở hai cổng của mỗi đường truyền có thể được biểu diễn dưới dạng ma trận ABCD như sau: (2.20) (2.21) Theo [33] ma trận Mi của hai mạch vi dải có thể được tính toán từ các tham số tán xạ S như biểu thức (2.22): (2.22) Thực hiện các phép biến đổi toán học, điện môi hiệu dụng phức của chất nền được xác định bởi phương trình (2.27): (2.27) Theo phương trình (2.14) tính được điện môi tương đối εr. 2.2.2. Kết quả thực nghiệm Đề xuất đã tiến hành chế tạo và đo kiểm hai mẫu mạch vi dải với chất nền điện môi FR4 KB6160 ở dải tần (0,5 9,5)GHz như hình 2.7. Bảng 2.2 Kí hiệu Giá trị L1 50mm L2 56,3mm h 1,6mm w 2mm t 35µm ε'r 4,58 (tại 1MHz) tanδe 0,022 (tại 1MHz)
13 Hình 2.7: Hai mẫu mạch vi dải cùng trở kháng đặc tính Kết quả xác định điện môi phức của vật liệu nền được thể hiện trong hình 2.8 và 2.9. Kết quả cho thấy hằng số điện môi và tổn hao điện môi của chất nền FR4KB6160 khá ổn định trong dải tần số từ 0,5GHz đến 4,7GHz. Tuy nhiên, giá trị của nó có thay đổi khá lớn trong dải tần số từ 4,7GHz đến 9,5GHz. Mô phỏng Thực nghiệm H g n ệm ằ sốđ in ô i Tần số [GHz] Hình 2.8: Hằng số điện môi của FR4KB6160 Mô phỏng Thực nghiệm ổh T n ệm ao đ in ô i Tần số [GHz] Hình 2.9: Tổn hao điện môi của FR4KB6160 Kết quả đề xuất đã chỉ ra sự ảnh hưởng của tần số điện trường đến đặc tính của vật liệu nền FR4KB6160. Mô hình hai đường truyền vi dải được đề xuất có ưu điểm trong việc khảo sát các đặc tính của vật liệu nền PCB ở dải siêu cao tần mà không đòi hỏi phải biết trước hằng số điện môi của nó ở dải tần số đó. 2.2.3. So sánh với mô hình cộng hưởng vòng vi dải Bảng 2.3: Kết quả điện môi phức của chất nền FR4KB6160
14 Tần số Hai đường truyền Cổng hưởng vòng (GHz) vi dải vi dải ε'r tanδe ε'r tanδe 1,0 4,382 0,043 4,092 0,069 2,0 4,381 0,042 4,032 0,062 3,0 4,380 0,041 4,012 0,058 4,0 4,375 0,039 4,003 0,062 5,0 4,362 0,038 3,982 0,066 6,0 4,312 0,016 3,931 0,063 Bảng 2.3 cho thấy điện môi phức của chất nền FR4KB 6160 được xác định bởi mô hình hai đường truyền vi dải cho kết quả tin cậy hơn so với mô hình cộng hưởng vòng vi dải là do khi thiết kế mạch cộng hưởng vòng đã không dự đoán được chính xác hằng số điện môi của chất nền ở dải tần số cần đo trong khi mô hình hai đường truyền lại không đòi hỏi điều này. Đề xuất mô hình hai đường truyền vi dải có thể ứng dụng để xác định các đặc tính của vật liệu nền ở dải siêu cao tần nhằm giúp cho việc thiết kế các mạch cao tần thuận lợi hơn. 2.3. Kết luận chương 2 Chương 2 đã đề xuất mô hình một đường truyền và hai đường truyền cho phương pháp sử dụng kỹ thuật đường truyền vi dải để xác định đặc tính của vật liệu ở dải siêu cao tần. Đồng thời so sánh kết quả với đề xuất mô hình cộng hưởng vòng vi dải. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG SÓNG ĐIỆN TỪ TRONG KHÔNG GIAN TỰ DO ĐỂ XÁC ĐỊNH CÁC THAM SỐ CỦA VẬT LIỆU 3.1. Đề xuất mô hình hóa đường truyền sóng điện từ trong không gian tự do để xác định các tham số của vật liệu 3.1.1. Mô hình thuật toán đường truyền trong không gian tự do
15 Hình 3.1 thể hiện một mẫu vật liệu phẳng có chiều dày d được đặt trong không gian tự do. S21 S11 IẪ Ậ ỆL TM V U Không gian tự do Không gian tự do d Hình 3.1: Mô hình của mẫu vật liệu đặt trong không gian tự do Theo [22], [34], [63] các tham số đặc tính phản xạ Γ, truyền T và hằng số truyền sóng phức γ của mẫu được xác định thông qua ma trận tán xạ S. Điện môi phức, từ thẩm phức của mẫu cho bởi: (3.6) (3.7) Trong đó γ0 là hằng số truyền sóng trong không gian tự do. 3.1.2. Mô hình hóa đường truyền xác định các tham số S Mô hình hóa được thực hiện bằng phần mềm mô phỏng CST. KHỞI TẠ O PH ẦN MỀM CST NHẬP THÔNG SỐ VÀ THIẾT KẾ MẪU ĂNGTEN LOA THEO [2] NHẬ P THÔNG SỐ MẪU VẬT LIỆU THEO BẢNG 3.1 TẠO L ƯỚI (MESH) BẢ NG 3.1 CUNG CẤP TÍN HIỆU KÍ HIỆU MẪU VẬT LIỆU TẠI 10GHz (1) (2) (3) (4) CHẠ Y MÔ PHỎNG Ở DẢI TẦN (BĂNG X) r 2,8 2,8 2,8 2,8 IM Ự Ọ U Ẫ ẠN HA C L r 0 0,14 0,28 0,84 TIẾP T ỤC 1 1 1 1 r KHÔNG? CÓ KHÔNG r 0 0,05 0,1 0,3 XUẤ T THAM SỐ S d 3mm 3mm 3mm 3mm Hình 3.3: Lưu đồ thực hiện mô hình hóa xác định tham số S
16 3.1.3. Kết quả mô phỏng Kết quả tính toán điện môi phức và từ thẩm phức của mẫu. r 2.8 ầ th P n h ệ m cự đ in ô i Tần số [GHz] Hình 3.4: Phần thực điện môi phức của mẫu vật liệu Hình 3.4 cho thấy phần thực điện môi phức của mẫu khá ổn định; tỉ lệ sai số trung bình là 0,82% và ở tần số 10GHz là 0,14%. r 0 r 0.14 r 0.28 ệm 0.84 ô r ảđ ầ o P n h in i Tần số [GHz] Hình 3.5: Phần ảo điện môi phức của mẫu vật liệu Hình 3.5 cho thấy phần ảo điện môi phức là không được ổn định như phần thực của điện môi phức. M E S ổh R caủ tn ệ m ao đ in ô i Tần số [GHz] Hình 3.6: RMSE của tổn hao điện môi
17 Hình 3.6 cho thấy mẫu có tổn hao điện môi cao hơn thì kết quả RMSE nhỏ hơn so với mẫu có tổn hao điện môi thấp hơn. r 1.0 P th ầ n h m ẩ cự từth Tần số [GHz] Hình 3.7: Phần thực từ thẩm phức của mẫu vật liệu Hình 3.7 cho thấy phần thực từ thẩm phức của mẫu khá ổn định, tỉ lệ sai số trung bình 1,5% và ở tần số 10GHz là 0,53%. r 0 r 0.14 r 0.28 m ẩ 0.84 ảtừth r ầ o P n h Tần số [GHz] Hình 3.8: Phần ảo từ thẩm phức của mẫu vật liệu Hình 3.8 cho thấy phần ảo từ thẩm phức của mẫu tương đối ổn định, tỉ lệ sai số là nhỏ trong toàn bộ dải tần số. ổh caủ tn M R E S m ẩ ao từth Tần số [GHz] Hình 3.9: RMSE của tổn hao từ thẩm
18 Hình 3.9 cho thấy mẫu vật liệu với tổn hao từ thẩm khác nhau ảnh hưởng rất nhỏ đến kết quả xác định. Kết quả của đề xuất hoàn toàn tương đồng với các kết quả đã được kiểm chứng bởi thực nghiệm [22]. Đề xuất này có thể mang lại nhiều lợi ích trong việc học tập, nghiên cứu phát triển phương pháp, kiểm chứng thuật toán mới, giảm được thời gian, chi phí và công sức trong quá trình thực nghiệm. 3.2. Đề xuất mô hình hai đường truyền sóng điện từ trong không gian tự do để xác định tham số của vật liệu 3.2.1. Mô hình thuật toán hai đường truyền trong không gian tự do Hình 3.10 biểu diễn hai đường truyền với hai mẫu vật liệu phẳng có chiều dày d1 và d2 (d2 > d1) được đặt trong không gian tự do giữa hai ăngten 1, 2. X T1 Y Ăngten 1 Ăngten 2 1 1 S21 Cổng 1 S Cổng 2 M Ẫ 11 U Ậ V IU Ệ L T Không gian tự do Không gian tự do d0 d1 d0 X T2 Y Ăngten 1 Ăngten 2 2 S212 Cổng 1 S Cổng 2 M 11 Ẫ U Ậ V IU Ệ L T Không gian tự do Không gian tự do d0 d2 d0 Hình 3.10: Mô hình của hai đường truyền Tương tự như mô hình hai đường truyền vi dải, điện môi phức của chất nền được cho bởi: (3.16) 3.2.2. Kết quả mô phỏng
19 Đề xuất sử dụng mô hình hóa ở mục 3.1.2 với các mẫu vật liệu điện môi được lựa chọn tại tần số 10GHz như sau: chiều dài và chiều rộng là 150mm; d1 = 7mm, d2 = 12mm; phần thực điện môi phức là 2,8 tương ứng với các giá trị của phần ảo thay đổi lần lượt là (0; 0,14; 0,28; 0,84). Kết quả tính toán điện môi phức của mẫu từ ma trận tham số tán xạ S nhận được trong mô phỏng như sau: Hình 3.11 chỉ ra rằng phần thực điện môi phức của mẫu rất ổn định; tỉ lệ sai số trung bình là 0,2% và ở tần số 10GHz là 0,13%. r 2.8 ầ th P n h ệ m cự đ in ô i Tần số [GHz] Hình 3.11: Phần thực điện môi phức của mẫu vật liệu 0 ệ m r ô 0.14 i r 0.28 ảđin r 0.84 ầ o r P n h Tần số [GHz] Hình 3.12: Phần ảo điện môi phức của mẫu vật liệu ệ mô Hình 3.12 cho thấy phần ảo điện môi phức của mẫu cũng ao đ in i rất ổn định; tỉ lệ sai số rất là nhỏ trong toàn bộ dải tần số. R E S ổh caủ tn M Tần số [GHz]
20 Hình 3.13: RMSE của tổn hao điện môi Hình 3.13 cho thấy mẫu có tổn hao điện môi khác nhau thì kết quả RMSE là nhỏ, đặc biệt với mẫu có tổn hao điện môi thấp. r 0.84 r 0 0.28 r ệ m ai sốđ in ô cứ i ph r 2.8 r 0.14 S Hiệu chiều dày [mm] Hình 3.14: Sai số hiệu số chiều dày của hai mẫu vật liệu Hình 3.14 cho thấy hiệu số chiều dày của hai mẫu ảnh hưởng không đáng kể đến kết quả xác định điện môi phức của mẫu vật liệu trong dải tần số từ 8,0GHz đến 12,0GHz (băng X). Mô hình đề xuất có thể giảm thiểu được các hiệu ứng phản xạ, tán xạ và nhiễu xạ do mẫu đo và ăngten gây ra; có ưu điểm khi xác định điện môi phức của các mẫu vật liệu có tổn hao điện môi thấp. 3.3. Đề xuất thuật toán độ phân giải cao để ước lượng điện môi phức 3.3.1. Mô hình truyền sóng điện từ trong không gian tự do