Yangiliklar - Metamateriallarga asoslangan uzatish liniyasi antennalarining sharhi (2-qism)

2. Antenna tizimlarida MTM-TL ni qo'llash
Ushbu bo'limda sun'iy metamaterial TLlar va ularning arzon narxlardagi, oson ishlab chiqarish, miniatyuralash, keng o'tkazish qobiliyati, yuqori daromad va samaradorlik, keng diapazonli skanerlash qobiliyati va past profilga ega turli xil antenna tuzilmalarini amalga oshirish uchun eng keng tarqalgan va tegishli qo'llanmalariga e'tibor qaratiladi. Ular quyida muhokama qilinadi.

1. Keng polosali va ko'p chastotali antennalar
Uzunligi l bo'lgan odatiy TLda, burchak chastotasi ω0 berilganda, uzatish liniyasining elektr uzunligi (yoki fazasi) quyidagicha hisoblanishi mumkin:

Bu yerda vp uzatish liniyasining faza tezligini ifodalaydi. Yuqoridagilardan ko'rinib turibdiki, o'tkazish qobiliyati guruh kechikishiga juda mos keladi, bu chastotaga nisbatan φ ning hosilasidir. Shuning uchun, uzatish liniyasi uzunligi qisqargan sari, o'tkazish qobiliyati ham kengayadi. Boshqacha qilib aytganda, o'tkazish qobiliyati va uzatish liniyasining asosiy fazasi o'rtasida teskari bog'liqlik mavjud bo'lib, bu dizaynga xosdir. Bu shuni ko'rsatadiki, an'anaviy taqsimlangan sxemalarda ishlaydigan o'tkazish qobiliyatini boshqarish oson emas. Buni an'anaviy uzatish liniyalarining erkinlik darajalari nuqtai nazaridan cheklovlari bilan bog'lash mumkin. Biroq, yuklash elementlari metamaterial TLlarda qo'shimcha parametrlardan foydalanishga imkon beradi va fazaviy javobni ma'lum darajada boshqarish mumkin. O'tkazish qobiliyatini oshirish uchun dispersiya xususiyatlarining ish chastotasiga yaqin shunga o'xshash qiyalik bo'lishi kerak. Sun'iy metamaterial TL bu maqsadga erishishi mumkin. Ushbu yondashuvga asoslanib, maqolada antennalarning o'tkazish qobiliyatini oshirishning ko'plab usullari taklif qilingan. Olimlar bo'lingan halqa rezonatorlari bilan yuklangan ikkita keng polosali antennani loyihalashdi va ishlab chiqarishdi (7-rasmga qarang). 7-rasmda ko'rsatilgan natijalar shuni ko'rsatadiki, bo'lingan halqa rezonatorini an'anaviy monopol antenna bilan yuklagandan so'ng, past rezonansli chastota rejimi qo'zg'aladi. Bo'lingan halqa rezonatorining o'lchami monopol antennasining o'lchamiga yaqin rezonansga erishish uchun optimallashtirilgan. Natijalar shuni ko'rsatadiki, ikkita rezonans bir-biriga mos kelganda, antennaning o'tkazish qobiliyati va nurlanish xususiyatlari ortadi. Monopol antennasining uzunligi va kengligi mos ravishda 0,25λ0×0,11λ0 va 0,25λ0×0,21λ0 (4GHz) ni, bo'lingan halqa rezonatori bilan yuklangan monopol antennasining uzunligi va kengligi esa mos ravishda 0,29λ0×0,21λ0 (2,9GHz) ni tashkil qiladi. Bo'lingan halqa rezonatorisiz an'anaviy F shaklidagi antenna va T shaklidagi antenna uchun 5GHz diapazonida o'lchangan eng yuqori kuchaytirish va nurlanish samaradorligi mos ravishda 3,6dBi - 78,5% va 3,9dBi - 80,2% ni tashkil qiladi. Bo'lingan halqali rezonator bilan yuklangan antenna uchun bu parametrlar 6 gigagertsli diapazonda mos ravishda 4dBi - 81,2% va 4,4dBi - 83% ni tashkil qiladi. Bo'lingan halqali rezonatorni monopol antennaga mos keladigan yuk sifatida qo'llash orqali 2,9 gigagerts ~ 6,41 gigagertsli va 2,6 gigagertsli ~ 6,6 gigagertsli diapazonlarni qo'llab-quvvatlash mumkin, bu mos ravishda 75,4% va ~87% kasrli o'tkazish qobiliyatiga mos keladi. Ushbu natijalar shuni ko'rsatadiki, o'lchash o'tkazish qobiliyati taxminan belgilangan o'lchamdagi an'anaviy monopol antennalarga nisbatan taxminan 2,4 baravar va 2,11 baravar yaxshilangan.

7-rasm. Ajratilgan halqali rezonatorlar bilan jihozlangan ikkita keng polosali antenna.

8-rasmda ko'rsatilganidek, ixcham bosilgan monopol antennaning eksperimental natijalari ko'rsatilgan. S11≤-10 dB bo'lganda, ishchi o'tkazish qobiliyati 185% (0,115-2,90 gigagerts) ni tashkil qiladi va 1,45 gigagerts chastotasida eng yuqori kuchayishi va nurlanish samaradorligi mos ravishda 2,35 dBi va 78,8% ni tashkil qiladi. Antennaning joylashuvi orqama-orqa uchburchak varaq tuzilishiga o'xshaydi, u egri chiziqli quvvat ajratgichi bilan oziqlanadi. Kesilgan GND oziqlantiruvchi ostiga joylashtirilgan markaziy stubni o'z ichiga oladi va uning atrofida to'rtta ochiq rezonansli halqalar tarqalgan bo'lib, bu antennaning o'tkazish qobiliyatini kengaytiradi. Antenna deyarli barcha yo'nalishlarda nurlanadi, VHF va S diapazonlarining ko'p qismini hamda barcha UHF va L diapazonlarini qamrab oladi. Antennaning fizik o'lchami 48,32×43,72×0,8 mm3 va elektr o'lchami 0,235λ0×0,211λ0×0,003λ0. U kichik o'lcham va arzon narx kabi afzalliklarga ega va keng polosali simsiz aloqa tizimlarida qo'llanilishi mumkin.

8-rasm: Bo'lingan halqali rezonator bilan yuklangan monopol antenna.

9-rasmda ikkita o'tish joyi orqali kesilgan T shaklidagi yer tekisligiga yerga ulangan ikki juft o'zaro bog'langan meandr sim halqalaridan iborat tekis antenna tuzilishi ko'rsatilgan. Antennaning o'lchami 38,5 × 36,6 mm2 (0,070λ0 × 0,067λ0), bu yerda λ0 0,55 gigagertsli bo'sh joy to'lqin uzunligidir. Antenna 0,55 ~ 3,85 gigagertsli ish chastotasi diapazonida E-tekisligida barcha yo'nalishlarda nurlanadi, 2,35 gigagertsli chastotada maksimal kuchaytirish 5,5 dBi va samaradorlik 90,1% ni tashkil qiladi. Bu xususiyatlar taklif qilingan antennani UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi va Bluetooth kabi turli xil ilovalar uchun mos qiladi.

9-rasm. Taklif qilingan tekis antenna tuzilishi.

2. Oqayotgan to'lqinli antenna (LWA)
Yangi oqayotgan to'lqin antennasi sun'iy metamaterial TL ni amalga oshirishning asosiy qo'llanmalaridan biridir. Oqayotgan to'lqin antennalari uchun faza doimiysi β ning nurlanish burchagiga (θm) va maksimal nur kengligiga (Δθ) ta'siri quyidagicha:

L antenna uzunligi, k0 bo'sh fazodagi to'lqin soni va λ0 bo'sh fazodagi to'lqin uzunligi. E'tibor bering, nurlanish faqat |β|

3. Nol tartibli rezonator antennasi
CRLH metamaterialining noyob xususiyati shundaki, chastota nolga teng bo'lmaganda β 0 ga teng bo'lishi mumkin. Ushbu xususiyatga asoslanib, yangi nol tartibli rezonator (ZOR) yaratilishi mumkin. β nolga teng bo'lganda, butun rezonatorda faza siljishi sodir bo'lmaydi. Buning sababi, faza siljishi konstantasi φ = - βd = 0. Bundan tashqari, rezonans faqat reaktiv yukga bog'liq va struktura uzunligidan mustaqil. 10-rasmda ko'rsatilganidek, taklif qilingan antenna E shaklidagi ikki va uchta birlikni qo'llash orqali ishlab chiqarilgan va umumiy o'lcham mos ravishda 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 va 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0 ga teng, bu yerda λ0 mos ravishda 500 MGts va 650 MGts ish chastotalarida bo'sh joyning to'lqin uzunligini ifodalaydi. Antenna 0,5-1,35 gigagertsli (0,85 gigagertsli) va 0,65-1,85 gigagertsli (1,2 gigagertsli) chastotalarda ishlaydi, nisbiy o'tkazish qobiliyati 91,9% va 96,0% ni tashkil qiladi. Kichik o'lchamli va keng o'tkazish qobiliyati xususiyatlaridan tashqari, birinchi va ikkinchi antennalarning kuchaytirish va samaradorligi mos ravishda 5,3 dBi va 85% (1 gigagertsli) hamda 5,7 dBi va 90% (1,4 gigagertsli) ni tashkil qiladi.

10-rasm. Taklif qilingan ikki tomonlama va uch tomonlama antenna tuzilmalari.

4. Uyali antenna
CRLH-MTM antennasining diafragmasini kattalashtirishning oddiy usuli taklif qilingan, ammo uning antenna o'lchami deyarli o'zgarishsiz. 11-rasmda ko'rsatilganidek, antenna bir-birining ustiga vertikal ravishda joylashtirilgan CRLH bloklarini o'z ichiga oladi, ularda yamalar va meander chiziqlar mavjud va yamoqda S shaklidagi uyasi mavjud. Antenna CPW mos keladigan stub orqali oziqlanadi va uning o'lchami 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, bu 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0 ga mos keladi, bu yerda λ0 (3,5GHz) bo'sh joyning to'lqin uzunligini ifodalaydi. Natijalar shuni ko'rsatadiki, antenna 0,85-7,90GHz chastota diapazonida ishlaydi va uning ish o'tkazuvchanlik qobiliyati 161,14% ni tashkil qiladi. Antennaning eng yuqori nurlanish kuchi va samaradorligi 3,5GHz da kuzatiladi, bu mos ravishda 5,12dBi va ~80% ni tashkil qiladi.