Lajme - Një përmbledhje e antenave të linjave të transmetimit të bazuara në metamateriale (Pjesa 2)

2. Aplikimi i MTM-TL në Sistemet e Antenave
Ky seksion do të fokusohet në TL-të artificiale metamateriale dhe disa nga aplikacionet e tyre më të zakonshme dhe më të rëndësishme për realizimin e strukturave të ndryshme të antenave me kosto të ulët, prodhim të lehtë, miniaturë, gjerësi bande të gjerë, fitim dhe efikasitet të lartë, aftësi skanimi me gamë të gjerë dhe profil të ulët. Ato diskutohen më poshtë.

1. Antena me brez të gjerë dhe me shumë frekuencë
Në një TL tipike me gjatësi l, kur jepet frekuenca këndore ω0, gjatësia (ose faza) elektrike e linjës së transmetimit mund të llogaritet si më poshtë:

Ku vp paraqet shpejtësinë fazore të linjës së transmetimit. Siç shihet nga sa më sipër, gjerësia e brezit korrespondon ngushtë me vonesën e grupit, e cila është derivati i φ në lidhje me frekuencën. Prandaj, ndërsa gjatësia e linjës së transmetimit bëhet më e shkurtër, gjerësia e brezit gjithashtu bëhet më e gjerë. Me fjalë të tjera, ekziston një marrëdhënie e kundërt midis gjerësisë së brezit dhe fazës themelore të linjës së transmetimit, e cila është specifike e dizajnit. Kjo tregon se në qarqet tradicionale të shpërndara, gjerësia e brezit operativ nuk është e lehtë për t'u kontrolluar. Kjo mund t'i atribuohet kufizimeve të linjave tradicionale të transmetimit për sa i përket shkallëve të lirisë. Megjithatë, elementët e ngarkimit lejojnë që parametrat shtesë të përdoren në TL metamateriale dhe përgjigja e fazës mund të kontrollohet në një masë të caktuar. Për të rritur gjerësinë e brezit, është e nevojshme të kemi një pjerrësi të ngjashme pranë frekuencës së funksionimit të karakteristikave të dispersionit. TL metamaterial artificial mund ta arrijë këtë qëllim. Bazuar në këtë qasje, në punim janë propozuar shumë metoda për rritjen e gjerësisë së brezit të antenave. Studiuesit kanë projektuar dhe fabrikuar dy antena me brez të gjerë të ngarkuara me rezonatorë të unazës së ndarë (shih Figurën 7). Rezultatet e paraqitura në figurën 7 tregojnë se pas ngarkimit të rezonatorit të unazës së ndarë me antenën monopole konvencionale, ngacmohet një modalitet me frekuencë të ulët rezonante. Madhësia e rezonatorit të unazës së ndarë është optimizuar për të arritur një rezonancë afër asaj të antenës monopole. Rezultatet tregojnë se kur dy rezonancat përkojnë, gjerësia e brezit dhe karakteristikat e rrezatimit të antenës rriten. Gjatësia dhe gjerësia e antenës monopole janë përkatësisht 0,25λ0×0,11λ0 dhe 0,25λ0×0,21λ0 (4 GHz), dhe gjatësia dhe gjerësia e antenës monopole të ngarkuar me një rezonator unazor të ndarë janë 0,29λ0×0,21λ0 (2,9 GHz). ), respektivisht. Për antenën konvencionale në formë F dhe antenën në formë T pa rezonator të unazës së ndarë, fitimi dhe efikasiteti më i lartë i rrezatimit i matur në brezin 5 GHz janë përkatësisht 3,6dBi - 78,5% dhe 3,9dBi - 80,2%. Për antenën e ngarkuar me një rezonator të unazës së ndarë, këto parametra janë përkatësisht 4dBi - 81.2% dhe 4.4dBi - 83%, në brezin 6GHz. Duke zbatuar një rezonator të unazës së ndarë si një ngarkesë përputhëse në antenën monopole, mund të mbështeten brezat 2,9 GHz ~ 6,41 GHz dhe 2,6 GHz ~ 6,6 GHz, që korrespondojnë me gjerësinë e brezit të pjesshëm prej 75,4% dhe ~87%, respektivisht. Këto rezultate tregojnë se gjerësia e brezit të matjes është përmirësuar përafërsisht 2.4 herë dhe 2.11 herë në krahasim me antenat tradicionale monopole me madhësi afërsisht fikse.

Figura 7. Dy antena me brez të gjerë të ngarkuara me rezonatorë me unazë të ndarë.

Siç tregohet në figurën 8, tregohen rezultatet eksperimentale të antenës monopole të printuar kompakte. Kur S11≤- 10 dB, gjerësia e brezit të funksionimit është 185% (0,115-2,90 GHz), dhe në 1,45 GHz, fitimi maksimal dhe efikasiteti i rrezatimit janë përkatësisht 2,35 dBi dhe 78,8%. Paraqitja e antenës është e ngjashme me një strukturë fletësh trekëndore prapa, e cila ushqehet nga një ndarës fuqie lakor. GND i cunguar përmban një cung qendror të vendosur nën ushqyes dhe katër unaza rezonante të hapura shpërndahen rreth tij, gjë që zgjeron gjerësinë e brezit të antenës. Antena rrezaton pothuajse në të gjithë drejtimin, duke mbuluar shumicën e brezave VHF dhe S, dhe të gjitha brezat UHF dhe L. Madhësia fizike e antenës është 48.32×43.72×0.8 mm3, dhe madhësia elektrike është 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0. Ai ka avantazhet e madhësisë së vogël dhe kostos së ulët, dhe ka perspektiva të mundshme aplikimi në sistemet e komunikimit pa tel me brez të gjerë.

Figura 8: Antenë monopole e ngarkuar me rezonator të unazës së ndarë.

Figura 9 tregon një strukturë të rrafshët të antenës që përbëhet nga dy palë sythe teli gjarpërues të ndërlidhura të bazuara në një plan tokëzues të cunguar në formë T përmes dy vizave. Madhësia e antenës është 38,5×36,6 mm2 (0,070λ0×0,067λ0), ku λ0 është gjatësia valore e hapësirës së lirë prej 0,55 GHz. Antena rrezaton në mënyrë të gjithëdrejtuar në planin E në brezin e frekuencës së funksionimit prej 0,55 ~ 3,85 GHz, me një fitim maksimal prej 5,5 dBi në 2,35 GHz dhe një efikasitet prej 90,1%. Këto veçori e bëjnë antenën e propozuar të përshtatshme për aplikacione të ndryshme, duke përfshirë UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi dhe Bluetooth.

Fig. 9 Struktura e propozuar e antenës planare.

2. Antena me valë që rrjedh (LWA)
Antena e re me valë me rrjedhje është një nga aplikacionet kryesore për realizimin e TL metamaterial artificial. Për antenat me valë që rrjedhin, efekti i konstantës së fazës β në këndin e rrezatimit (θm) dhe gjerësinë maksimale të rrezes (Δθ) është si më poshtë:

L është gjatësia e antenës, k0 është numri i valës në hapësirën e lirë dhe λ0 është gjatësia e valës në hapësirën e lirë. Vini re se rrezatimi ndodh vetëm kur |β|

3. Antenë rezonatore e rendit zero
Një veti unike e metamaterialit CRLH është se β mund të jetë 0 kur frekuenca nuk është e barabartë me zero. Bazuar në këtë veti, mund të krijohet një rezonator i ri i rendit zero (ZOR). Kur β është zero, nuk ndodh asnjë zhvendosje fazore në të gjithë rezonatorin. Kjo ndodh sepse konstanta e zhvendosjes fazore φ = - βd = 0. Përveç kësaj, rezonanca varet vetëm nga ngarkesa reaktive dhe është e pavarur nga gjatësia e strukturës. Figura 10 tregon se antena e propozuar është fabrikuar duke aplikuar dy dhe tre njësi me formë E, dhe madhësia totale është 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 dhe 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, përkatësisht, ku vlera λ0 përfaqëson përkatësisht të hapësirës së lirë gjatë funksionimit frekuencat përkatësisht 500 MHz dhe 650 MHz. Antena funksionon në frekuencat 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) dhe 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), me gjerësi brezi relative prej 91,9% dhe 96,0%. Përveç karakteristikave të madhësisë së vogël dhe gjerësisë së brezit të gjerë, fitimi dhe efikasiteti i antenës së parë dhe të dytë janë përkatësisht 5.3dBi dhe 85% (1GHz) dhe 5.7dBi dhe 90% (1.4GHz).

Fig. 10 Strukturat e propozuara të antenave dy-E dhe trefishtë-E.

4. Antenë me slot
Një metodë e thjeshtë është propozuar për të zgjeruar hapjen e antenës CRLH-MTM, por madhësia e antenës së saj është pothuajse e pandryshuar. Siç tregohet në Figurën 11, antena përfshin njësi CRLH të vendosura vertikalisht mbi njëra-tjetrën, të cilat përmbajnë arna dhe vija gjarpëruese, dhe ka një çarje në formë S në copëz. Antena ushqehet nga një cung që përputhet me CPW dhe madhësia e saj është 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, që korrespondon me 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0, ku λ0 (3,5 GHz) përfaqëson gjatësinë valore të hapësirës së lirë. Rezultatet tregojnë se antena funksionon në brezin frekuencor prej 0,85-7,90 GHz, dhe gjerësia e brezit të saj është 161,14%. Fitimi dhe efikasiteti më i lartë i rrezatimit të antenës shfaqen në 3.5 GHz, që janë përkatësisht 5.12dBi dhe ~80%.