Mapitio ya Antena: Mapitio ya Fractal Metasurfaces na Muundo wa Antena

Dhana ya fractal ilianzishwa na mwanahisabati Benoit B. Mandelbrot katika miaka ya 1970, ingawa asili ya jiometri ya fractal inaweza kupatikana nyuma hadi kazi ya awali ya wanahisabati wengi, kama vile Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915). ), Julia (1918), Fatou (1926), na Richardson (1953).
Benoit B. Mandelbrot alisoma uhusiano kati ya fractals na asili kwa kuanzisha aina mpya za fractal kuiga miundo changamano zaidi, kama vile miti, milima na ukanda wa pwani. Alibuni neno "fractal" kutoka kwa kivumishi cha Kilatini "fractus", maana yake "kuvunjika" au "kuvunjika", yaani, linajumuisha vipande vilivyovunjika au visivyo kawaida, kuelezea maumbo ya kijiometri yasiyo ya kawaida na yaliyogawanyika ambayo hayawezi kuainishwa na jiometri ya jadi ya Euclidean. Kwa kuongeza, alitengeneza mifano ya hisabati na algorithms kwa ajili ya kuzalisha na kusoma fractals, ambayo ilisababisha kuundwa kwa seti maarufu ya Mandelbrot, ambayo labda ni sura ya fractal maarufu zaidi na inayoonekana yenye muundo tata na usio na kurudia (angalia Mchoro 1d).
Kazi ya Mandelbrot sio tu imekuwa na athari kwa hisabati, lakini pia ina matumizi katika nyanja mbalimbali kama vile fizikia, michoro ya kompyuta, biolojia, uchumi, na sanaa. Kwa kweli, kwa sababu ya uwezo wao wa kuiga na kuwakilisha miundo tata na inayofanana, fractals zina matumizi mengi ya ubunifu katika nyanja mbalimbali. Kwa mfano, zimetumika sana katika maeneo ya maombi yafuatayo, ambayo ni mifano michache tu ya matumizi yao mapana:
1. Michoro na uhuishaji wa kompyuta, unaozalisha mandhari asilia, miti, mawingu, na maumbo ya kweli na ya kuvutia;
2. Teknolojia ya ukandamizaji wa data ili kupunguza ukubwa wa faili za digital;
3. Usindikaji wa picha na ishara, kutoa vipengele kutoka kwa picha, kutambua mifumo, na kutoa mbinu bora za ukandamizaji wa picha na uundaji upya;
4. Biolojia, inayoelezea ukuaji wa mimea na shirika la neurons katika ubongo;
5. Nadharia ya antena na metamaterials, kubuni antena compact/multi-band na metasurfaces ubunifu.
Hivi sasa, jiometri ya fractal inaendelea kupata matumizi mapya na ya kibunifu katika taaluma mbalimbali za kisayansi, kisanii na kiteknolojia.
Katika teknolojia ya sumakuumeme (EM), maumbo ya fractal ni muhimu sana kwa programu zinazohitaji miniaturization, kutoka kwa antena hadi metamaterials na nyuso za kuchagua frequency (FSS). Kutumia jiometri ya fractal katika antena za kawaida inaweza kuongeza urefu wao wa umeme, na hivyo kupunguza ukubwa wa jumla wa muundo wa resonant. Kwa kuongeza, asili ya kufanana ya maumbo ya fractal huwafanya kuwa bora kwa kutambua miundo ya resonant ya bendi nyingi au broadband. Uwezo asili wa uboreshaji mdogo wa fracti huvutia hasa kwa kubuni miale ya kuakisi, antena za safu zilizopangwa kwa awamu, vifyonzaji vya metamaterial na nyuso za meta kwa matumizi mbalimbali. Kwa kweli, kutumia vipengele vidogo vya safu kunaweza kuleta manufaa kadhaa, kama vile kupunguza uunganishaji wa pande zote au kuweza kufanya kazi na safu zilizo na nafasi ndogo sana ya vipengele, hivyo basi kuhakikisha utendakazi mzuri wa skanning na viwango vya juu vya uthabiti wa angular.
Kwa sababu zilizotajwa hapo juu, antena za fractal na metasurfaces zinawakilisha maeneo mawili ya utafiti ya kuvutia katika uwanja wa sumaku-umeme ambayo yamevutia umakini mkubwa katika miaka ya hivi karibuni. Dhana zote mbili hutoa njia za kipekee za kuendesha na kudhibiti mawimbi ya sumakuumeme, na anuwai ya matumizi katika mawasiliano yasiyotumia waya, mifumo ya rada na vihisi. Sifa zao zinazofanana huwaruhusu kuwa ndogo kwa ukubwa huku zikidumisha mwitikio bora wa sumakuumeme. Usongamano huu ni wa manufaa hasa katika programu zinazobana nafasi, kama vile vifaa vya mkononi, lebo za RFID na mifumo ya anga.
Matumizi ya antena na metasurfaces zisizo na waya zina uwezo wa kuboresha kwa kiasi kikubwa mawasiliano, upigaji picha na mifumo ya rada zisizotumia waya, kwani zinawasha vifaa vyenye utendakazi wa hali ya juu na utendakazi ulioimarishwa. Kwa kuongeza, jiometri ya fractal inazidi kutumika katika kubuni ya sensorer ya microwave kwa ajili ya uchunguzi wa nyenzo, kutokana na uwezo wake wa kufanya kazi katika bendi nyingi za mzunguko na uwezo wake wa kuwa miniaturized. Utafiti unaoendelea katika maeneo haya unaendelea kuchunguza miundo mipya, nyenzo, na mbinu za uundaji ili kutambua uwezo wao kamili.
Karatasi hii inalenga kukagua maendeleo ya utafiti na matumizi ya antena na metasurfaces zilizovunjika na kulinganisha antena zilizopo za msingi wa fractal na metasurfaces, ikionyesha faida na mapungufu yao. Hatimaye, uchanganuzi wa kina wa miakisi bunifu na vitengo vya metamaterial unawasilishwa, na changamoto na maendeleo ya baadaye ya miundo hii ya sumakuumeme yanajadiliwa.