Nghiên cứu cấu trúc ăng-ten bowtie lưỡng cực theo cấu trúc cây fractal ứng dụng cho thiết kế cảm biến nhận dạng hằng số điện môi chất lỏng

Nội dung text: Nghiên cứu cấu trúc ăng-ten bowtie lưỡng cực theo cấu trúc cây fractal ứng dụng cho thiết kế cảm biến nhận dạng hằng số điện môi chất lỏng

1. Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2020) Nghiên cứu cấu trúc ăng-ten bowtie lưỡng cực theo cấu trúc cây fractal ứng dụng cho thiết kế cảm biến nhận dạng hằng số điện mơi chất lỏng An Thị Thúy 1, Nguyễn Thanh Hường 1,2,* 1Viện Điện, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Việt Nam 2Viện MICA, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, Việt Nam *Email: huong.nguyenthanh3@hust.edu.vn Tĩm tắt— Bài báo đề xuất một cảm biến thụ động khơng các dung dịch lỏng hoặc dung mơi độc hại bị mất nhãn dây hoạt động trên dải tần số sĩng vi ba được thiết kế đặc trong phịng thí nghiệm [4]. biệt để nhận dạng chất lỏng phụ thuộc vào đặc tính điện mơi khác nhau của các chất lỏng hĩa học. Cảm biến vi sĩng được phát triển dựa trên cấu trúc ăng-ten bowtie và Trước đây, các phương pháp để nhận biết các chất được tinh chỉnh bằng cấu trúc cây fractal để cải thiện độ lỏng yêu cầu thể tích hĩa chất khổng lồ để đổ đầy các nhạy, dễ dàng điều chỉnh tần số theo đặc tính điện mơi và ống nghiệm phân tích [5], [6]. Để giảm thiểu các vấn đề tăng cường băng thơng trở kháng rộng cho phép phân biệt về việc lãng phí các hĩa chất, ăng-ten của bộ cộng hưởng các dung dịch hĩa học khác nhau. Ăng-ten được chế tạo đã được cải thiện tiến bộ hơn thơng qua việc phát triển với hai nhánh hình tam giác cĩ độ dày lớp dẫn đồng là các ống dẫn sĩng nhỏ được tích hợp trên chip [7], [8]. 0,035 mm, chiều cao và chiều rộng lần lượt là 6,25 mm, Tuy nhiên, việc sử dụng chip IC tích hợp sẽ làm cho chi 9,38 mm và được xây dựng trên mặt phẳng đế mềm, mỏng phí sản xuất cảm biến bị đẩy lên cao và chỉ cĩ thể phát cĩ hằng số điện mơi là 3,5 và và tổn hao điện mơi là 0,027. hiện chất lỏng ở một phạm vi hạn chế trong một dải tần Cảm biến nhỏ và chi phí thấp được chế tạo bằng cơng nghệ nhỏ [4]. in trên đế dẻo cĩ thể dán lên hình dạng thùng chứa chất lỏng được phân tích dựa trên bốn loại chất lỏng phổ biến Bài báo đề xuất xây dựng thiết kế ăng-ten bằng cấu là nước, methanol, ethylene glycol và glycerol. Kết quả của trúc hình học Sierpinsky-tam giác đồng dạng theo cấu nghiên cứu cĩ thể được áp dụng cho các phép đo chất điện trúc ăng-ten bowtie ban đầu. Các nghiên cứu nhằm vào mơi, xác định hĩa chất trong phịng thí nghiệm, y học và các đặc tính lưỡng cực, các thơng số như tần số, trở dược phẩm. kháng đầu vào và độ lợi của ăng-ten đã phân tích đến sự Từ khĩa- cảm biến vi sĩng, ăng-ten bowtie, hằng số điện phụ thuộc vào hình dạng hình học cĩ khả năng làm giảm mơi, phát hiện chất lỏng kích thước, mở rộng băng thơng rộng và hiệu suất cao khi so sánh với cùng độ dài sĩng của nửa sĩng cấu hình I. GIỚI THIỆU lưỡng cực [11]. Cảm biến được in trên đế điện mơi dẻo Ngày nay, cảm biến hĩa học trong vùng vi sĩng để cĩ hằng số điện mơi là 3,5 và tổn hao điện mơi là 0,027 xác định đặc tính vật liệu đã thu hút sự chú ý nhanh dễ dàng uốn cong với bất kỳ loại hình dạng vật chứa nào, chĩng hơn bởi sự phân tích chính xác, thiết kế đơn giản đặc biệt đối với các ống nghiệm trên thị trường hiện nay và một loạt các ứng dụng của nĩ đã được trình bày trong cĩ chứa lượng chất lỏng vừa đủ. Thiết bị này cĩ thể được nhiều lĩnh vực như y sinh, hĩa học và cơng nghiệp [1], sử dụng nhiều để dán vào ống nghiệm thơng thường trên [2]. Mỗi vật liệu cĩ các đặc tính riêng biệt của nĩ tùy thị trường, xác định hĩa chất lỏng bị mất nhãn với chi thuộc vào hằng số điện mơi ε*= ε’– jε’’, (trong đĩ ε' là phí, cấu hình thấp một các chính xác và thuận tiện trong phần thực, ε'' là phần ảo), suy hao điện mơi tanδ=ε''/ε' thời gian ngắn. và sự tương tác điện mơi trong các trường của sĩng điện II. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ từ, nhờ vậy cĩ thể xác định được chất hĩa học thơng qua các thơng số như hệ số phản xạ ngược S11 trên các thiết Hoạt động của quá trình mơ tả đặc tính tập trung vào bị đo vi sĩng [3]. Cách tiếp cận phổ biến để xác định việc thử nghiệm trong phịng thí nghiệm, đơn giản bằng thơng tin chất lỏng là phân tích tần số cộng hưởng cần cách sử dụng ống nghiệm làm vật chứa. Điều đĩ cĩ thiết thay đổi với các đặc tính đã biết chính xác như hằng nghĩa là ăng-ten bức xạ phải bức xạ vi sĩng về phía tâm số điện mơi và độ dẫn điện được quy định trong hệ thống của dung dịch chứa trong ống. Điều này yêu cầu hướng đo điện mơi tiêu chuẩn hiện cĩ trên thị trường, qua việc của ăng-ten phải đa hướng hoặc hướng về phía thùng làm trên, các nghiên cứu đã thu thập được các mẫu hữu chứa hĩa chất. Cảm biến hoạt động thụ động vì nĩ cơ và vơ cơ trong dải tần 300MHz đến 6GHz trong thời khơng yêu cầu chip nào khác ngồi cấu trúc cộng hưởng gian ngắn [1], [4]. Ví dụ, việc sử dụng cảm biến hoạt hoặc bản thân ăng-ten. Do đĩ, nĩ được kích thích khơng động theo nguyên tắc trên như một cơng cụ để xác định dây bởi một ăng-ten bên ngồi kết nối với đầu đọc. Cảm ISBN: 978-604-80-5076-4 224
2. Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2020) biến được cấp nguồn ở trung tâm ăng-ten với trở kháng L=2w+g=2×9.38+0.52=19.28mm sẽ là nửa bước dây 50 Ohm. Ăng-ten cảm biến được đề xuất phải cĩ đồ sĩng ở tần số f= c/2L=7.78 GHz. Ăng-ten hình bowtie thị bức xạ hướng vào trong lịng chất lỏng để nhận tín cơ bản được mơ phỏng và thu được hệ số phản xạ trở hiệu điện từ từ thiết bị bên ngồi và nhận tín hiệu vi ba lại như trong Hình 2. Sự cộng hưởng xảy ra ở khoảng 5 tương ứng qua ống nghiệm chất lỏng. Ống nghiệm được GHz và đạt được hiệu suất tốt trong biểu đồ hệ số phản đề xuất sử dụng cĩ đường kính 6 mm và cao tối đa 50 xạ và thấp hơn 7,78 GHz được coi là lý tưởng cho hình mm cĩ thể chứa từ 5 đến 6 ml dung dịch lỏng. Các giả dạng ăng-ten cĩ hình dạng như trên. Điều này về cơ bản định này được sử dụng làm thơng số hoạt động cho ăng- làm cho ăng-ten hoạt động với chiều dài điện dài hơn ten cảm biến vi sĩng. chiều dài vật lý thực tế. Do đĩ, kích thước tổng thể của ăng-ten vì thế mà thu nhỏ lại. A. Thiết kế dạng ăng-ten căn bản Đồ thị bức xạ của lưỡng cực nửa bước sĩng này là đa hướng trong mặt phẳng H [10]. Với trục của ăng-ten ra/vào màn hình, bức xạ xung quanh ăng-ten là như nhau. Điều này được mong đợi vì khơng cĩ gì để phân biệt hướng này với hướng khác hoặc ảnh hưởng đến bức xạ theo các hướng khác nhau trong mặt phẳng này. Do đĩ, ăng-ten được gắn trên ống thử nghiệm cho phép tia bức xạ bao quanh các dung dịch và đặc tính định hướng đi qua lịng chất lỏng. Bên cạnh những ưu điểm đã nêu, kích thước của ăng-ten lưỡng cực nửa bước sĩng là trở ngại cho thiết kế. Bước sĩng của ăng-ten này được tính bằng λ=c/f với chiều dài l=λ/2 [10]. Theo cơng thức trên, Hình 2. Biểu đồ hệ số phản xạ của ăng-ten bowtie giả sử thiết kế ăng-ten nửa bước sĩng ở tần số 600MHz là λ = 0,5m, vì vậy chiều dài 0,25m là quá dài đối với B. Cải thiện ăng-ten bằng cấu trúc fractal cho cảm ăng-ten thiết kế nhỏ, cấu hình thấp như mục tiêu đề ra. biến vi sĩng Ăng-ten bowtie được biết đến như một giải pháp Các minh chứng đã chỉ ra rằng cĩ thể dễ dàng tích hồn hảo để giảm chiều dài và mở rộng băng thơng. hợp ăng-ten khe vào các cấu trúc dẫn điện hiện cĩ mà Ăng-ten này sẽ cĩ dạng bức xạ tương tự như ăng-ten khơng cần hỗ trợ cấu trúc bổ sung [12]. Trong tình lưỡng cực nửa bước sĩng. Cấu hình được chia thành hai huống này, khe được hi vọng khơng quá lớn và đối xứng mảnh kim loại. Nguồn cấp tiếp điểm của ăng-ten nằm ở để cĩ được hiệu suất tốt hơn và cĩ các dạng bức xạ gần trung tâm của ăng-ten nên ăng-ten trơng giống nhau ở đúng trước đây. tất cả các bước sĩng. Ăng-ten dựa trên cấu trúc fractal Sierpinski lặp lại lần thứ tư được chọn làm khe để đáp ứng các yêu cầu. Tam giác Sierpiński là một loại fractal sử dụng hình tam giác làm hình dạng cơ sở. Xét 1 nhánh cấu trúc tam giác bên trái của ăng-ten bowtie, trong lần lặp đầu tiên của cấu trúc này, hình dạng đồng dạng của một tam giác được giảm xuống một nửa và đặt chồng lên theo hướng ngược lại của nhánh đĩ, tương tự với các lần lặp tiếp theo. Trong lần lặp thứ hai, tam giác được chia thành bốn tam giác như trong Hình 3 và tam giác ở trung tâm Hình 1. Cấu trúc hình học ăng-ten bowtie bị loại trừ khỏi hình dạng. Trong các lần lặp tiếp theo, hoạt động tương tự được áp dụng cho mỗi tam giác mới Hình 1 minh họa cấu trúc hình học chung của ăng- tạo nên cấu trúc tổng thể như Hình 4. Quy luật tái cấu ten bowtie. Cảm biến này được mạ đồng bằng cách xác trúc tam giác Sierpiński được thể hiện theo cơng thức định cấu trúc bowtie bao gồm một cặp tay lưỡng cực kích thước Hausdorff : hình tam giác đối xứng nhau. Cấu hình này được xây log(�) dựng trên mặt phẳng đế hình thoi cĩ độ dày 0,1mm, � = hằng số điện mơi tương đối là 3,5, tổn hao điện mơi log⁡(�) 0,027. Chất điện mơi đế được chọn để ảnh hưởng đến hiệu suất của ăng-ten càng nhỏ càng tốt và được uốn trong đĩ N là hệ số mà số lượng hình tam giác tăng lên cong để thay đổi theo hình dạng thùng chứa. Đối với sau mỗi lần lặp lại và S là hệ số tỷ lệ độ dài mà số hình thơng số kỹ thuật ăng-ten, cĩ một vài kích thước cần tam giác bị giảm đi. Kích thước Hausdorff là thước đo thiết để thiết kế ăng-ten. Như trong Hình 2, thiết kế ăng- mức độ mà một cấu trúc cây fractal chiếm trên một bề ten bowtie đơn giản với tổng mặt dẫn [13]. ISBN: 978-604-80-5076-4 225
3. Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2020) được là như nhau vì cảm biến chỉ chịu ảnh hưởng bởi hằng số điện mơi của chất lỏng. BẢNG II: HẰNG SỐ ĐIỆN MƠI CỦA CHẤT LỎNG Chất hĩa học Hằng số điện mơi Nước 78.4 Hình 3. Các cấu hình lặp lại của cấu trúc fractal Sierpinski Glycerol 42.5 Ethylene glycol 37 Methanol 32.7 Cảm biến ăng-ten đã được làm cong và dán lên hình dạng ống nghiệm đã thu được những kết quả ở bên dưới. Các đặc điểm của ăng-ten đề xuất được mơ phỏng trong phần mềm CST được xác định bởi một số tham số trên dải băng tần. Cĩ thể thấy từ Hình 5a rằng ăng-ten ban đầu khơng mang lại hệ số phản xạ khác nhiều với ăng- ten được bổ sung thêm cấu trúc fractal. Tuy nhiên, kết quả ban đầu này chỉ thể hiện tần số ổn định của ăng-ten và việc sửa đổi sẽ thu được nhiều hiệu suất khác nhau vì hình dạng của ăng-ten sẽ thay đổi theo hình dạng ống Hình 4: Cấu trúc ăng ten fractal bowtie nghiệm và chất lỏng điện mơi sẽ ảnh hưởng mạnh đến các tính năng vi sĩng cộng hưởng của ăng-ten. Sau khi điều chỉnh các thơng số hình học, các kích thước của ăng-ten fractal bowtie cuối cùng được chỉ ra trong Bảng I BẢNG I. CÁC KÍCH THƯỚC HÌNH HỌC CỦA ĂNG- TEN BOWTIE FRACTAL Thơng số Mơ tả Giá trị (mm) Ls Chiều dài đế 18.03 a) L Chiều dài 19.27 g Khe 0.52 h Chiều cao 6.25 s Chiều dài cạnh 9.88 hf Chiều cao của tam giác 0.39 dồng dạng lần thứ 4 sf Chiều dài của tam giác 0.62 dồng dạng lần thứ 4 C. Bố trí thí nghiệm Trong quá trình phân tích hoạt động của cảm biến, ống nghiệm hĩa học làm từ thủy tinh cĩ hằng số điện mơi 7 và độ dẫn điện 10−11⁡�/� và cĩ bán kính 6 mm, cĩ độ dày thành 0,8-1 mm được sử dụng và được đổ b) một lượng thể tích chất lỏng vừa đủ cao hơn chiều dài Hình 5. a) Hệ số phản xạ của Ăng-ten bowtie và Ăng-ten cảm biến. Cảm biến ăng-ten được dán trên bình chứa. bowtie tái cấu trúc theo hình dạng fractal; b) Trở kháng của Ba chất lỏng hữu cơ phổ biến cĩ hằng số điện mơi tương Ăng-ten bowtie tái cấu trúc đối từ 32 đến 78 đã được chọn để đánh giá hiệu quả của cảm biến ăng-ten như một thiết bị nhận dạng chất lỏng. Cấu trúc ăng-ten bowtie được thiết kế trong bài báo Những chất lỏng này đã được nghiên cứu trong từ thỏa mãn tần số cộng hưởng tại 5GHz giúp cho ăng-ten trường của cảm biến ăng-ten và thơng tin điện mơi của cĩ thể đạt kích thước nhỏ, cĩ thể phù hợp với kích thước chúng rất sẵn cĩ [3], [5]. Bốn chất lỏng được thử của các ống nghiệm hĩa học. Kết quả mơ phỏng tại đồ nghiệm là metanol, ethylene glycol, glycerol và nước thị Smith (Hình 5b) cũng cho thấy tại tần số này, trở khử ion (DI) với cùng thể tích trong bình chứa ở kháng của ăng ten bowtie cũng đạt 50Ω và hồn tồn 298°K.Với các chất hĩa học ở dạng nguyên chất như hịa hợp trở kháng với nguồn cấp chuẩn cho các mạch trên, với thể tích chất lỏng cao hơn ăng-ten, kết quả thu điện tử vi sĩng. ISBN: 978-604-80-5076-4 226
4. Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2020) III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Thiết bị cảm biến được mơ phỏng và phân tích trên phần mềm mơ phỏng CST Microwave Studio. Trong phần này, ăng-ten được uốn cong trên bề mặt cong của ống nghiệm đường kính 6 mm để mơ tả đặc điểm của các dung dịch nước bên trong bể chứa này. Đối với ống nghiệm rỗng, sự uốn cong làm cho ăng ten bowtie và ăng-ten đã được sửa đổi theo cấu trúc fractal lệch khỏi nhau. Trong hình 6a, khi kết hợp dán cấu trúc ăng ten trên ống nghiệm, cĩ thể nhìn ra được kích thước của ăng-ten nhỏ hơn nhiều so với kích thước ống nghiệm, Hình 7. Hệ số phản xạ của cảm biến của các chất lỏng hĩa học do đĩ tất cả các hiệu ứng từ chất lỏng cĩ thể bị ăng-ten Phân tích tham số được tiến hành để phát hiện tác phản xạ tồn bộ. Điều này cĩ thể đảm bảo rằng sĩng động đặc tính của cảm biến được thiết kế. Để đạt được điện từ cĩ thể bức xạ và phản xạ trở lại một cách hồn mục tiêu này, chúng tơi kiểm tra miền tần số xung tồn dựa trên các đặc tính điện mơi. Trong Hình 6b, cĩ quanh tần số cộng hưởng của ống nghiệm rỗng cĩ gắn thể quan sát thấy rằng hệ số phản xạ của ăng ten trong ăng-ten cảm biến (khoảng 4 GHz). Cĩ thể thấy rằng tần trường hợp hình bowtie kém thích nghi hơn so với hình số cộng hưởng tỉ lệ nghịch với hằng số điện mơi của dạng bowtie biến đổi theo phương pháp fractal. Ăng- chất lỏng. Điều này cho thấy rằng sử dụng ăng-ten này, ten đạt được hiệu suất tốt hơn trong trường hợp theo cấu các hĩa chất lỏng thay đổi tuyến tính với sự thay đổi của trúc fractal được sửa đổi so với hình dạng ban đầu. tần số. Đặc tính này thể hiện hoạt động cơ bản của cảm biến, cĩ nghĩa là độ nhạy của cảm biến phụ thuộc tuyến tính với tần số. Sự thay đổi lớn của tần số đối với sự thay đổi của hằng số điện mơi được thể hiện rõ ràng trong Hình 8 khi ống nghiệm chứa hĩa chất lỏng. Kết quả là, đồ thị đã chứng minh được rằng mơ hình đề xuất cĩ thể được sử dụng như một cảm biến để phát hiện chất lỏng bằng cách sử dụng cộng hưởng tần số. Hình 6. a, Ăng-ten được uốn cong trên ống nghiệm; b) Hệ số phản xạ của Ăng-ten bowtie ban đầu và Ăng-ten được tái cấu trúc theo hình dạng fractal sau khi được uốn cong theo hình dạng ống nghiệm Hình 8. Đồ thị đặc tính của cảm biến phát hiện chất lỏng: Sự Hệ số phản xạ kết quả trong Hình 6 chứng minh phụ thuộc của tần số cộng hưởng và hằng số điện mơi rằng việc sửa đổi theo cấu trúc fractal là cần thiết để Đặc tính này rất phù hợp với đặc tính vi sĩng của cảm tăng cường khả năng phát hiện chất lỏng. Để nhận biết biến được thiết kế theo cấu trúc này. Các thơng số sau các hằng số điện mơi bằng phép đo các vật liệu lỏng, của ăng-ten khi phân tích đối với methanol được hiển bốn hĩa chất khác nhau được đổ vào ống nghiệm. Trong thị trong Hình 9,10,11 được sử dụng để giải thích hiệu Hình 7, các thơng số vi sĩng của cảm biến cộng hưởng ứng này. được đánh giá từ 2,67 GHz đến 3,93 GHz trong đĩ metanol cĩ tần số cộng hưởng cao nhất là 3,93 trong khi glycerol, etylen glycol, methanol và nước cho thấy sự dịch chuyển đi xuống và đạt được tần số cộng hưởng lần lượt ở 3,73 GHz là 3,51 GHz và 2,67 GHz. Giá trị hệ số phản xạ của kết quả đo được cho thấy tín hiệu bức xạ tốt vì các giá trị tổn thất trả về của chúng đều nhỏ hơn -10dB. Hình 9: Đồ thị bức xạ của cảm biến đối với methanol ISBN: 978-604-80-5076-4 227
5. Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2020) nhau, rất cĩ lợi cho các ứng dụng y tế hoặc cơng nghiệp. Do hạn chế về cơ sở vật chất, các kết quả chỉ dừng ở việc thiết kế và mơ phỏng. Hướng phát triển trong tương lai sẽ tiến hành in ăng-ten, đo đạc, đánh giá kết quả thực nghiệm so với kết quả mơ phỏng để kiệm nghiệm chất lượng sản phẩm. LỜI CẢM ƠN Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trong đề tài mã số T2020-PC-019. Hình 10. Điện trường của cảm biến với methanol V. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Gregory, A.P.; Clarke, R.N., “A review of RF and microwave techniques for dielectric measurements on polar liquids,” IEEE Trans. Dielectr. Electr. Insul. 2006, 13, 727–743. [2] Joshi, K.K.; Pollard, R.D. “Sensitivity analysis and experimental investigation of microstrip resonator technique for the in-process moisture/permittivity measurement of petrochemicals and emulsions of crude oil and water,” In Proceedings of the 2006 IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest, San Francisco, CA, USA, 11–16 June 2006; pp. 1634–1637. [3] Amjad Iqbal; Amor Smida; Omar, A. S.; Qais, H. A.; Nazih K.M.; Byung M.L. “Cylindrical Dielectric Resonator Antenna- Based Sensors for Liquid Chemical Detection,” Sensors 2019, 19, 1200. [4] Viktorija Makarovaite; Aaron J. R. H.; Simon J. H.; Campbell W.G.;and John C. B. “Passive Wireless UHF RFID Antenna Hình 10: Phân bố dịng điện bề mặt của cảm biến với Label for Sensing Dielectric Properties of Aqueous and Organic methanol Liquids,” IEEE Sensor Journal, vol.19, no.11, June 1,2019. [5] Mullett, W.M.; Levsen, K.; Lubda, D.; Pawliszyn, J. Bio- Theo Hình 9, hình dạng bức xạ của ăng-ten là đa compatible in-tube solid-phase microextraction capillary for hướng với độ lợi (gain) là 3,56 dBi. Độ lợi của ăng-ten The direct extraction and high-performance liquid ở giá trị này thể hiện độ định hướng tương đối mạnh của chromatographic determination of drugs in human serum. J. cảm biến về phía bình chứa chất lỏng. Đây là minh Chromatogr. A 2002, 963, 325–334. chứng rõ ràng để chứng minh rằng việc sửa đổi hình [6] Dahlgren, R.; Nieuwenhuyse, E.; Litton, G. Transparency tube provides reliable water-quality measurements. Calif. Agric. dạng fractal đạt hiệu quả tốt hơn với cấu trúc ăng-ten 2004, 58, 149–153. ban đầu và cĩ thể giúp ăng-ten phù hợp hơn với ứng [7] Carlborg, C.F.; Gylfason, K.B.; Ka´zmierczak, A.; Dortu, F.; dụng cảm biến. Đặc tính bức xạ này cĩ thể được quan Polo, M.B.; Catala, A.M.; Kresbach, G.M.; Sohlstrưm, H.; Moh, sát rõ ràng qua điện trường và phân bố dịng điện bề mặt T.; Vivien, L.; et al. A packaged optical slot-waveguide ring resonator sensor array for multiplex label-free assays in labs-on- của cảm biến trong Hình 10 và Hình 11. Khi tiếp điện chips. Lab Chip 2010,10,281-290 cổng của ăng-ten bowtie dựa trên lưỡng cực, dịng điện [8] Patko, D.; Mártonfalvi, Z.; Kovacs, B.; Vonderviszt, F.; sẽ chạy qua cạnh của ăng-ten. Tuy nhiên, chính nhờ cấu Kellermayer, M.; Horvath, R. Microfluidic channels laser-cut in trúc fractal mà cường độ điện trường được tăng lên một thin double-sided tapes: Cost-effective biocompatible fluidics cách hiệu quả và tinh chỉnh tồn bộ cấu trúc ăng ten làm in minutes from design to final integration with optical biochips. Sens. Actuators B Chem. 2014, 196, 352–356. cho bức xạ về phía chất lỏng mạnh hơn. [9] Theresa Chang; Steven E.D.; Andrei G.F.; John S.P.; Robert A.S.; Christopher L.T. “Strengthened borosilicate glass IV. KẾT LUẬN containers with improved damage tolerance,” United States Một ăng-ten linh hoạt phù hợp và chi phí thấp được đề Patent, Chang et.al, May 19,2015. xuất để chế tạo cảm biến thụ động vi sĩng. Các hĩa chất [10] “Antenna Theory - Half-Wave Dipole.[Online]. Available: lỏng khác nhau cĩ thể được phát hiện thơng qua cảm y_half_wave_dipole.htm biến mà khơng gặp bất kỳ khĩ khăn nào. Đường đặc [11] C. A. Balanis, “Antenna Theory: Analysis and Design,”. New tính của cảm biến phát hiện chất lỏng thể hiện một York , Wiley,2005. đường cong tương đối tuyến tính, đã thể hiện là một [12] John L. Volakis “Antenna Engineering Handbook, Fourth thiết kế đầy hứa hẹn cho cảm biến cĩ độ nhạy và chất Edition,” McGraw-Hill Education, 2007. lượng cao. Sự phụ thuộc tuyến tính giữa hằng số điện [13] Shawn Sederberg and A.Y. Elezzabi “Sierpiński fractal mơi và tần số cho thấy rằng cảm biến vi sĩng là một giải plasmonic antenna: a fractal abstraction of the plasmonic bowtie antenna” Optics Express, Vol. 19, Issue 11, pp. 10456-10461, pháp tốt cho việc nghiên cứu các cảm biến chất lỏng 2011. mới. Mặc dù với hình dạng uốn cong, cảm biến vẫn giữ [14] K. J. Falconer, Fractal Geometry: Mathematical Foundations hiệu suất tốt để phát hiện các loại dung dịch lỏng khác and Applications ,Wiley, 2003 ISBN: 978-604-80-5076-4 228
6. Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử, Truyền thơng và Cơng nghệ Thơng tin (REV-ECIT2020) [15] H. Lobato-Morales, A. Corona-Chávez, J. L. Olvera-Cervantes, R. A. Chávez-Pérez, and J. L. Medina-Monroy, “Wireless sensing ofcomplex dielectric permittivity of liquids based on the RFID,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 62, no. 9, pp. 2160–2167, Sep. 2014. [16] A. Lázaro et al., “Chipless dielectric constant sensor for structural health testing,” IEEE Sensors J., vol. 18, no. 13, pp. 5576–5585, Jul. 2018. [17] M. Abdolrazzaghi, M. Daneshmand, and A. K. Iyer, “Strongly enhanced sensitivity in planar microwave sensors based on metamaterial coupling,” IEEE Trans. Microw. Theory Techn., vol. 66, no. 4, pp. 1843–1855, Apr. 2018. ISBN: 978-604-80-5076-4 229