Habari - Mapitio ya Antena za Usambazaji wa Metamaterial

I. Utangulizi
Nyenzo za metali zinaweza kufafanuliwa vyema zaidi kuwa miundo iliyobuniwa kiholela ili kutoa sifa fulani za sumakuumeme ambazo hazipo kiasili. Metamaterials na permittivity hasi na upenyezaji hasi huitwa metamaterials mkono wa kushoto (LHMs). LHM zimesomwa sana katika jumuiya za kisayansi na uhandisi. Mnamo 2003, LHM zilitajwa kuwa moja ya mafanikio kumi ya juu ya kisayansi ya enzi ya kisasa na jarida la Sayansi. Programu mpya, dhana na vifaa vimetengenezwa kwa kutumia sifa za kipekee za LHM. Njia ya upokezaji (TL) ni mbinu bora ya kubuni ambayo inaweza pia kuchambua kanuni za LHM. Ikilinganishwa na TL za kitamaduni, kipengele muhimu zaidi cha TL za metamaterial ni udhibiti wa vigezo vya TL (uenezi thabiti) na kizuizi cha tabia. Udhibiti wa vigezo vya metamaterial TL hutoa mawazo mapya kwa ajili ya kubuni miundo ya antena yenye ukubwa wa kompakt zaidi, utendakazi wa juu zaidi, na vitendakazi vya riwaya. Mchoro wa 1 (a), (b), na (c) unaonyesha mifano ya saketi isiyo na hasara ya laini safi ya mkono wa kulia (PRH), laini safi ya mkono wa kushoto (PLH), na laini ya upokezi ya mkono wa kushoto yenye mchanganyiko ( CRLH), kwa mtiririko huo. Kama inavyoonyeshwa katika Mchoro 1(a), modeli ya saketi sawia ya PRH TL kwa kawaida ni mchanganyiko wa inductance ya mfululizo na uwezo wa shunt. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1(b), modeli ya mzunguko wa PLH TL ni mchanganyiko wa inductance ya shunt na capacitance ya mfululizo. Katika matumizi ya vitendo, haiwezekani kutekeleza mzunguko wa PLH. Hii ni kutokana na uingizaji wa mfululizo wa vimelea usioepukika na athari za capacitance ya shunt. Kwa hivyo, sifa za njia ya mkono wa kushoto ambayo inaweza kupatikana kwa sasa ni miundo ya mkono wa kushoto na ya mkono wa kulia, kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 1(c).

Kielelezo 1 Mifano tofauti za mzunguko wa mstari wa maambukizi

Asilimia ya uenezi (γ) ya laini ya upokezaji (TL) imekokotolewa kama: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), ambapo Y na Z huwakilisha kiingilio na kizuizi mtawalia. Kuzingatia CRLH-TL, Z na Y inaweza kuonyeshwa kama:

CRLH TL sare itakuwa na uhusiano ufuatao wa utawanyiko:

Awamu isiyobadilika β inaweza kuwa nambari halisi au nambari ya kufikiria tu. Ikiwa β ni halisi kabisa ndani ya masafa ya masafa, kuna bendi ya kupita ndani ya masafa kutokana na hali γ=jβ. Kwa upande mwingine, ikiwa β ni nambari ya kuwazia ndani ya masafa ya masafa, kuna kizuizi ndani ya masafa kutokana na hali γ=α. Kikomesha hiki ni cha kipekee kwa CRLH-TL na hakipo katika PRH-TL au PLH-TL. Kielelezo 2 (a), (b), na (c) kinaonyesha mikondo ya utawanyiko (yaani, uhusiano wa ω - β) wa PRH-TL, PLH-TL, na CRLH-TL, mtawalia. Kulingana na mikondo ya utawanyiko, kasi ya kikundi (vg=∂ω/∂β) na kasi ya awamu (vp=ω/β) ya laini ya upitishaji inaweza kutolewa na kukadiriwa. Kwa PRH-TL, inaweza pia kukisiwa kutoka kwa curve kwamba vg na vp zinalingana (yaani, vpvg>0). Kwa PLH-TL, curve inaonyesha kuwa vg na vp haziwiani (yaani, vpvg<0). Mviringo wa mtawanyiko wa CRLH-TL pia unaonyesha kuwepo kwa eneo la LH (yaani, vpvg <0) na eneo la RH (yaani, vpvg > 0). Kama inavyoonekana kutoka kwa Mchoro 2(c), kwa CRLH-TL, ikiwa γ ni nambari halisi, kuna bendi ya kusimamisha.

Kielelezo 2 Mikondo ya utawanyiko ya njia tofauti za upokezaji

Kawaida, mfululizo na resonances sambamba ya CRLH-TL ni tofauti, ambayo inaitwa hali isiyo na usawa. Hata hivyo, wakati mfululizo na masafa ya resonance sambamba ni sawa, inaitwa hali ya usawa, na kusababisha muundo sawa wa mzunguko uliorahisishwa unaonyeshwa kwenye Mchoro 3 (a).

Mchoro wa 3 Muundo wa mzunguko na mkondo wa mtawanyiko wa laini ya upokezaji ya mkono wa kushoto yenye mchanganyiko

Kadiri mzunguko unavyoongezeka, sifa za mtawanyiko za CRLH-TL huongezeka polepole. Hii ni kwa sababu kasi ya awamu (yaani, vp=ω/β) inazidi kutegemea masafa. Katika masafa ya chini, CRLH-TL inaongozwa na LH, ilhali katika masafa ya juu, CRLH-TL inaongozwa na RH. Hii inaonyesha hali mbili za CRLH-TL. Mchoro wa mtawanyiko wa CRLH-TL umeonyeshwa kwenye Mchoro 3(b). Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3(b), ubadilishaji kutoka LH hadi RH hutokea:

Ambapo ω0 ni mzunguko wa mpito. Kwa hiyo, katika hali ya usawa, mabadiliko ya laini hutokea kutoka LH hadi RH kwa sababu γ ni nambari ya kufikiria tu. Kwa hivyo, hakuna kizuizi kwa utawanyiko uliosawazishwa wa CRLH-TL. Ingawa β ni sifuri kwa ω0 (isiyo na kikomo na urefu wa wimbi unaoongozwa, yaani, λg=2π/|β|), wimbi bado hueneza kwa sababu vg kwa ω0 si sifuri. Vile vile, saa ω0, mabadiliko ya awamu ni sifuri kwa TL ya urefu wa d (yaani, φ= - βd=0). Awamu ya mapema (yaani, φ>0) hutokea katika safu ya mzunguko wa LH (yaani, ω<ω0), na ucheleweshaji wa awamu (yaani, φ<0) hutokea katika safu ya mzunguko wa RH (yaani, ω>ω0). Kwa CRLH TL, kizuizi cha tabia kinaelezewa kama ifuatavyo:

Ambapo ZL na ZR ni vikwazo vya PLH na PRH, kwa mtiririko huo. Kwa kesi isiyo na usawa, impedance ya tabia inategemea mzunguko. Equation hapo juu inaonyesha kwamba kesi ya usawa haitegemei mzunguko, hivyo inaweza kuwa na mechi ya upana wa bandwidth. Mlinganyo wa TL uliotolewa hapo juu unafanana na vigezo bainishi vinavyofafanua nyenzo za CRLH. Kiwango cha uenezi cha TL ni γ=jβ=Sqrt(ZY). Kwa kuzingatia uenezi thabiti wa nyenzo (β=ω x Sqrt(εμ)), mlinganyo ufuatao unaweza kupatikana:

Vile vile, kizuizi cha tabia cha TL, yaani, Z0=Sqrt(ZY), ni sawa na kizuizi cha tabia ya nyenzo, yaani, η=Sqrt(μ/ε), ambayo inaonyeshwa kama:

Fahirisi ya refractive ya CRLH-TL iliyosawazishwa na isiyo na usawa (yaani, n = cβ/ω) imeonyeshwa kwenye Mchoro 4. Katika Mchoro 4, fahirisi ya refractive ya CRLH-TL katika safu yake ya LH ni hasi na fahirisi ya refractive katika RH yake. masafa ni chanya.

Mtini. 4 Fahirisi za kawaida za refractive za CRLH TL zilizosawazishwa na zisizosawazishwa.

1. Mtandao wa LC
Kwa kuachia seli za LC za bendi zilizoonyeshwa kwenye Mchoro 5(a), CRLH-TL ya kawaida yenye usawaziko mzuri wa urefu d inaweza kujengwa mara kwa mara au bila ya muda. Kwa ujumla, ili kuhakikisha urahisi wa kuhesabu na utengenezaji wa CRLH-TL, mzunguko unahitaji kuwa wa mara kwa mara. Ikilinganishwa na modeli ya Mchoro 1(c), seli ya mzunguko ya Mchoro 5(a) haina ukubwa na urefu wa kimwili ni mdogo sana (yaani, Δz katika mita). Kuzingatia urefu wake wa umeme θ=Δφ (rad), awamu ya seli ya LC inaweza kuonyeshwa. Walakini, ili kutambua inductance na uwezo uliotumika, urefu wa mwili wa p unahitaji kuanzishwa. Uchaguzi wa teknolojia ya matumizi (kama vile microstrip, coplanar waveguide, vipengele vya kupachika uso, nk) itaathiri ukubwa wa kimwili wa seli ya LC. Seli ya LC ya Mchoro 5(a) ni sawa na modeli ya nyongeza ya Mchoro 1(c), na kikomo chake p=Δz→0. Kulingana na hali ya usawa p→0 katika Mchoro 5(b), TL inaweza kujengwa (kwa seli za LC) ambazo ni sawa na sare bora ya CRLH-TL yenye urefu d, ili TL ionekane sawa na mawimbi ya sumakuumeme.

Kielelezo 5 CRLH TL kulingana na mtandao wa LC.

Kwa seli ya LC, kwa kuzingatia hali ya mipaka ya muda (PBCs) sawa na nadharia ya Bloch-Floquet, uhusiano wa mtawanyiko wa seli ya LC unathibitishwa na kuonyeshwa kama ifuatavyo:

Uzuiaji wa mfululizo (Z) na idhini ya shunt (Y) ya seli ya LC hubainishwa na milinganyo ifuatayo:

Kwa kuwa urefu wa umeme wa kitengo cha mzunguko wa LC ni mdogo sana, ukadiriaji wa Taylor unaweza kutumika kupata:

2. Utekelezaji wa Kimwili
Katika sehemu iliyotangulia, mtandao wa LC wa kuzalisha CRLH-TL umejadiliwa. Mitandao hiyo ya LC inaweza kupatikana tu kwa kupitisha vipengele vya kimwili vinavyoweza kuzalisha capacitance inayohitajika (CR na CL) na inductance (LR na LL). Katika miaka ya hivi karibuni, utumiaji wa vipengele vya chip za teknolojia ya uso (SMT) au vijenzi vilivyosambazwa vimevutia watu wengi. Microstrip, stripline, coplanar waveguide au teknolojia zingine zinazofanana zinaweza kutumika kutambua vipengele vilivyosambazwa. Kuna mambo mengi ya kuzingatia wakati wa kuchagua chips za SMT au vipengele vilivyosambazwa. Miundo ya CRLH yenye msingi wa SMT ni ya kawaida zaidi na rahisi kutekeleza katika suala la uchanganuzi na muundo. Hii ni kwa sababu ya upatikanaji wa vipengee vya chip vya SMT vilivyo nje ya rafu, ambavyo havihitaji urekebishaji na utengenezaji ikilinganishwa na vipengele vilivyosambazwa. Hata hivyo, upatikanaji wa vipengele vya SMT umetawanyika, na kwa kawaida hufanya kazi kwa masafa ya chini (yaani, 3-6GHz). Kwa hiyo, miundo ya CRLH yenye msingi wa SMT ina safu ndogo za mzunguko wa uendeshaji na sifa maalum za awamu. Kwa mfano, katika programu zinazoangazia, vijenzi vya chipu vya SMT vinaweza visiwezekane. Kielelezo cha 6 kinaonyesha muundo uliosambazwa kulingana na CRLH-TL. Muundo huo unatambulika kwa uwezo wa kidigitali na mistari ya mzunguko mfupi, na kutengeneza safu ya uwezo wa CL na inductance sambamba LL ya LH kwa mtiririko huo. Uwezo kati ya mstari na GND inachukuliwa kuwa RH capacitance CR, na inductance inayotokana na flux ya magnetic inayoundwa na mtiririko wa sasa katika muundo wa interdigital inachukuliwa kuwa RH inductance LR.