Mô hình hóa điện môi hiệu dụng cho thấu kính ăng ten sử dụng phân tích hệ số lấp đầy và phương pháp Nicolson–Ross–Weir
14 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.112.2026.73-82Từ khóa:
Thấu kính ăng ten; Hệ số lấp đầy; Hằng số điện môi; Phương pháp Nicolson–Ross–Weir.Tóm tắt
Độ dày lớp điện môi là một tham số quan trọng trong hệ thống ăng ten thấu kính, quyết định khả năng kiểm soát phân bố pha và hiệu suất bức xạ. Tuy nhiên, việc sử dụng nhiều vật liệu với hằng số điện môi khác nhau thường làm tăng độ phức tạp và chi phí chế tạo. Để giải quyết vấn đề này, bài báo đề xuất một quy trình thiết kế đơn giản và đáng tin cậy cho ăng ten thấu kính sử dụng một loại vật liệu dựa trên kiểm chứng theo phương pháp phân tích hệ số lấp đầy vi tuần hoàn, so sánh với thuật toán trích xuất tham số Nicolson–Ross–Weir (NRW) phức tạp. Kết quả tính toán và mô phỏng cho thấy giá trị điện môi hiệu dụng thu được từ phương pháp hệ số lấp đầy có sự tương đồng cao với phương pháp NRW, qua đó chứng minh mô hình phân tích đề xuất có thể thay thế hiệu quả cho các quy trình trích xuất tham số toàn sóng và cho phép tối ưu nhanh độ dày lớp điện môi. Phương pháp này đã được áp dụng để thiết kế thấu kính phẳng Lüneburg hoạt động ở tần số 30 GHz, đạt hiệu suất khẩu độ trên 0,9 trong một dải tần rộng đồng thời duy trì dạng búp sóng ổn định ở nhiều góc quét khác nhau. Những kết quả này khẳng định tính khả thi của phương pháp và cho thấy tiềm năng ứng dụng trong việc phát triển các anten thấu kính phẳng mỏng, dễ chế tạo, phù hợp cho hệ thống thông tin và radar tần số cao.
Tài liệu tham khảo
[1]. Зелкин Е.Г., Петрова Р.А. “Линзовые антенны”. М.: Сов. радио, (1974).
[2]. John Thornton & Kao-Cheng Huang. “Modern Lens Antennas for Communications Engineering”. Wiley-VCH, (2013).
[3]. C. A. Fernandes, E. B. Lima, J. R. Costa. “Dielectric Lens Antennas, in Handbook of Antenna Technologies”. Springer Singapore, (2015).
[4]. Milne R. “Dipole array lens antenna”. IEEE Trans Antennas and Propagation, pp. 704-712, (1982). DOI: 10.1109/TAP.1982.1142835.
[5]. Guo Y.J., Ansari M., Ziolkowski R.W., Fonseca N.J.G. “Quasi-optical multi-beam antenna technologies for B5G and 6G mmwave and THz networks: A review”. IEEE Open J Antennas Propag, 2, pp. 807-830, (2021). DOI: 10.1109/OJAP.2021.3093622.
[6]. Luneburg R.K. “Mathematical Theory of Optics”. Providence: Brown Univ., (1944).
[7]. Henry Giddens, Yang Hao. “Multi-Beam Graded Dielectric Lens Antenna from Multi-Material 3D Printing”. arXiv preprint, (2020).
[8]. Dhouibi A., Burokur S.N., de Lustrac A., Priou A. “Low-profile substrate-integrated lens antenna using metamaterials”. IEEE Antennas Wirel Propag Lett, 12, pp. 43-46, (2013). DOI: 10.1109/LAWP.2012.2237372.
[9]. Li Q.L., Cheung S.W., Wu D., Yuk T.I. “Microwave lens using periodic dielectric sheets for antenna-gain enhancement”. IEEE Trans Antennas and Propagation, 65, (4), pp. 2068-2073, (2017). DOI: 10.1109/TAP.2017.2670441.
[10]. Khaled Aljaloud, Yosef T Aladadi, Majeed A S Alkanhal, Wazie M Abdulkawi, Rifaqat Hussain. “A Wideband GRIN Dielectric Lens Antenna for 5G Applications”. Micromachines (Basel), (2023).
[11]. Zhao L.-W., Wu Y.F., Wang C., Guo Y. “A 3-D-printed deployable luneburg lens antenna based on the pop-up kirigami sphere”. IEEE Trans Antennas and Propagation, 71, (8), pp. 6481-6489, (2023). DOI: 10.1109/TAP.2023.3288548.
[12]. Trzebiatowki K., Kalista W., Rzymowski M., Kulas L., Nyka K. “Multibeam antenna for Ka-band CubeSat connectivity using 3-D printed lens and antenna array”. IEEE Antennas Wirel Propag Lett, 21, (11), pp. 2244-2248, (2022). DOI: 10.1109/LAWP.2022.3189073.
[13]. Monkevich. M., Le Sage G.P. “Design and fabrication of a custom-dielectric fresnel multi-zone plate lens antenna using additive manufacturing techniques”. IEEE Access, 7, pp. 61452-61460, (2019). DOI: 10.1109/ACCESS.2019.2916077.
[14]. Giddens H., Andy A.S., Hao Y. “Multimaterial 3-D printed compressed luneburg lens for mm-wave beam steering”. IEEE Antennas Wirel Propag Lett, 20, (11), pp. 2166-2170, (2021). DOI: 10.1109/LAWP.2021.3109591.
[15]. Edward J. Rothwell et al. “Analysis of the Nicolson-Ross-Weir Method for Characterizing the Electromagnetic Properties of Engineered Materials”. (2016).
[16]. G. Angiulli & M. Versaci. “Extraction of the Electromagnetic Parameters of a Metamaterial Using the Nicolson–Ross–Weir Method”. Applied Sciences, (2022).
[17]. Guo-Ting Liang, Bo-Hai Zhang, Shuai Gao. “A Luneburg Lens Antenna with High Aperture Efficiency”. 2025 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), (2025).
[18]. Nannan Wang, Yizhi Zhang, Jingjing Liu. “A 3D-Printed Planar Luneburg Lens with Beam Enhancement via Axially Added Refractive Index Tapering”. 2025 International Symposium on Antennas and Propagation (ISAP), (2025).
[19]. Kunning Liu, Jingbo Zhou, Liang Li. “Flat Fully Metallic Luneburg Lens Antenna for Millimeter-Wave Communication”. 2024 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, (2024).
