Habari - Mapitio ya antena za laini ya upitishaji kulingana na metamaterials (Sehemu ya 2)

2. Utumiaji wa MTM-TL katika Mifumo ya Antena
Sehemu hii itazingatia TL za metamaterial bandia na baadhi ya matumizi yao ya kawaida na muhimu kwa ajili ya kutekeleza miundo mbalimbali ya antena kwa gharama nafuu, utengenezaji rahisi, upunguzaji wa data, kipimo data pana, faida na ufanisi mkubwa, uwezo wa kuchanganua masafa mapana na wasifu mdogo. Zinajadiliwa hapa chini.

1. Antena za Broadband na masafa mengi
Katika TL ya kawaida yenye urefu wa l, wakati masafa ya angular ω0 yanapotolewa, urefu wa umeme (au awamu) wa laini ya upitishaji unaweza kuhesabiwa kama ifuatavyo:

Ambapo vp inawakilisha kasi ya awamu ya mstari wa upitishaji. Kama inavyoonekana kutoka hapo juu, kipimo data kinalingana kwa karibu na ucheleweshaji wa kikundi, ambacho ni derivative ya φ kuhusiana na masafa. Kwa hivyo, kadri urefu wa mstari wa upitishaji unavyokuwa mfupi, kipimo data pia kinakuwa pana zaidi. Kwa maneno mengine, kuna uhusiano kinyume kati ya kipimo data na awamu ya msingi ya mstari wa upitishaji, ambayo ni maalum kwa muundo. Hii inaonyesha kwamba katika saketi za kitamaduni zilizosambazwa, kipimo data cha uendeshaji si rahisi kudhibiti. Hii inaweza kuhusishwa na mapungufu ya mistari ya jadi ya upitishaji kwa upande wa digrii za uhuru. Hata hivyo, vipengele vya upakiaji huruhusu vigezo vya ziada kutumika katika TL za metamaterial, na mwitikio wa awamu unaweza kudhibitiwa kwa kiwango fulani. Ili kuongeza kipimo data, ni muhimu kuwa na mteremko sawa karibu na masafa ya uendeshaji wa sifa za utawanyiko. TL ya metamaterial bandia inaweza kufikia lengo hili. Kulingana na mbinu hii, njia nyingi za kuongeza kipimo data cha antena zinapendekezwa katika karatasi. Wasomi wamebuni na kutengeneza antena mbili za broadband zilizojaa resonators za pete zilizogawanyika (tazama Mchoro 7). Matokeo yaliyoonyeshwa kwenye Mchoro 7 yanaonyesha kwamba baada ya kupakia resonator ya pete iliyogawanyika na antena ya kawaida ya monopole, hali ya masafa ya chini ya resonant husisimka. Ukubwa wa resonator ya pete iliyogawanyika huboreshwa ili kufikia mwangwi karibu na ule wa antena ya monopole. Matokeo yanaonyesha kwamba wakati mwangwi huo miwili unapopatana, sifa za kipimo data na mionzi ya antena huongezeka. Urefu na upana wa antena ya monopole ni 0.25λ0×0.11λ0 na 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz), mtawalia, na urefu na upana wa antena ya monopole iliyojaa resonator ya pete iliyogawanyika ni 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz), mtawalia. Kwa antena ya kawaida yenye umbo la F na antena yenye umbo la T bila resonator ya pete iliyogawanyika, faida kubwa zaidi na ufanisi wa mionzi unaopimwa katika bendi ya 5GHz ni 3.6dBi - 78.5% na 3.9dBi - 80.2%, mtawalia. Kwa antena iliyojaa resonator ya pete iliyogawanyika, vigezo hivi ni 4dBi - 81.2% na 4.4dBi - 83%, mtawalia, katika bendi ya 6GHz. Kwa kutekeleza resonator ya pete iliyogawanyika kama mzigo unaolingana kwenye antena ya monopole, bendi za 2.9GHz ~ 6.41GHz na 2.6GHz ~ 6.6GHz zinaweza kuungwa mkono, sambamba na upana wa sehemu wa 75.4% na ~ 87%, mtawalia. Matokeo haya yanaonyesha kuwa upana wa kipimo umeboreshwa kwa takriban mara 2.4 na mara 2.11 ikilinganishwa na antena za monopole za kitamaduni zenye ukubwa usiobadilika.

Mchoro 7. Antena mbili za intaneti zilizojaa resonators za pete zilizogawanyika.

Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 8, matokeo ya majaribio ya antena ya monopole iliyochapishwa ndogo yanaonyeshwa. Wakati S11≤-10 dB, kipimo data cha uendeshaji ni 185% (0.115-2.90 GHz), na katika 1.45 GHz, ongezeko la kilele na ufanisi wa mionzi ni 2.35 dBi na 78.8%, mtawalia. Mpangilio wa antena ni sawa na muundo wa karatasi ya pembetatu ya nyuma-nyuma, ambayo inalishwa na mgawanyiko wa nguvu uliopinda. GND iliyofupishwa ina kijiti cha kati kilichowekwa chini ya kipashio, na pete nne wazi za mwangwi zimesambazwa kuzunguka, ambazo huongeza kipimo data cha antena. Antena huangaza karibu kila upande, ikifunika bendi nyingi za VHF na S, na bendi zote za UHF na L. Ukubwa halisi wa antena ni 48.32×43.72×0.8 mm3, na ukubwa wa umeme ni 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0. Ina faida za ukubwa mdogo na gharama nafuu, na ina uwezekano wa matumizi katika mifumo ya mawasiliano ya wireless ya broadband.

Mchoro 8: Antena ya monopole iliyojaa resonator ya pete iliyogawanyika.

Mchoro 9 unaonyesha muundo wa antena ya sayari unaojumuisha jozi mbili za vitanzi vya waya wa kuzungusha vilivyounganishwa vilivyowekwa kwenye ndege ya ardhini yenye umbo la T iliyokatwa kupitia via mbili. Ukubwa wa antena ni 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0), ambapo λ0 ni urefu wa wimbi la nafasi huru la 0.55 GHz. Antena huangaza pande zote katika ndege ya E katika bendi ya masafa ya uendeshaji ya 0.55 ~ 3.85 GHz, ikiwa na ongezeko la juu la 5.5dBi katika 2.35GHz na ufanisi wa 90.1%. Vipengele hivi hufanya antena iliyopendekezwa kufaa kwa matumizi mbalimbali, ikiwa ni pamoja na UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi na Bluetooth.

Mchoro 9 Muundo wa antena ya sayari iliyopendekezwa.

2. Antena ya Mawimbi Yanayovuja (LWA)
Antena mpya ya wimbi linalovuja ni mojawapo ya matumizi makuu ya kutambua metamaterial bandia ya TL. Kwa antena za wimbi linalovuja, athari ya awamu ya β kwenye pembe ya mionzi (θm) na upana wa juu zaidi wa boriti (Δθ) ni kama ifuatavyo:

L ni urefu wa antena, k0 ni nambari ya wimbi katika nafasi huru, na λ0 ni urefu wa wimbi katika nafasi huru. Kumbuka kwamba mionzi hutokea tu wakati |β|

3. Antena ya resonator isiyo na mpangilio wowote
Sifa ya kipekee ya metamatike ya CRLH ni kwamba β inaweza kuwa 0 wakati masafa si sawa na sifuri. Kulingana na sifa hii, resonator mpya ya mpangilio wa sifuri (ZOR) inaweza kuzalishwa. Wakati β ni sifuri, hakuna mabadiliko ya awamu yanayotokea katika resonator nzima. Hii ni kwa sababu kigezo cha mabadiliko ya awamu φ = - βd = 0. Kwa kuongezea, mwangwi hutegemea tu mzigo tendaji na hautegemei urefu wa muundo. Mchoro 10 unaonyesha kwamba antena iliyopendekezwa imetengenezwa kwa kutumia vitengo viwili na vitatu vyenye umbo la E, na ukubwa wa jumla ni 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 na 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, mtawalia, ambapo λ0 inawakilisha urefu wa wimbi la nafasi huru katika masafa ya uendeshaji ya 500 MHz na 650 MHz, mtawalia. Antena hufanya kazi katika masafa ya 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) na 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz), ikiwa na kipimo data cha 91.9% na 96.0%. Mbali na sifa za kipimo data kidogo na upana, faida na ufanisi wa antena ya kwanza na ya pili ni 5.3dBi na 85% (1GHz) na 5.7dBi na 90% (1.4GHz), mtawalia.

Mchoro 10 Miundo ya antena yenye umbo la mara mbili-E na umbo la mara tatu-E iliyopendekezwa.

4. Antena ya Nafasi
Njia rahisi imependekezwa kupanua uwazi wa antena ya CRLH-MTM, lakini ukubwa wa antena yake haujabadilika. Kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 11, antena inajumuisha vitengo vya CRLH vilivyowekwa wima juu ya kila kimoja, ambavyo vina viraka na mistari ya kuyumbayumba, na kuna nafasi yenye umbo la S kwenye kiraka. Antena inalishwa na kijiti kinacholingana na CPW, na ukubwa wake ni 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, sambamba na 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0, ambapo λ0 (3.5GHz) inawakilisha urefu wa wimbi wa nafasi huru. Matokeo yanaonyesha kuwa antena inafanya kazi katika bendi ya masafa ya 0.85-7.90GHz, na kipimo data chake cha uendeshaji ni 161.14%. Faida na ufanisi wa juu zaidi wa mionzi ya antena huonekana katika 3.5GHz, ambazo ni 5.12dBi na ~80%, mtawalia.