Яңалыклар - Метаматериал тапшыру линиясе антенналарына күзәтү

I. Кереш
Метаматериалларны табигый рәвештә булмаган электромагнит үзлекләрен җитештерү өчен ясалма рәвештә эшләнгән структуралар итеп сурәтләргә мөмкин. Тискәре үткәрүчәнлеге һәм тискәре үткәрүчәнлеге булган метаматериаллар сул кул метаматериаллары (LHM) дип атала. LHMлар фәнни-техник җәмгыятьләрдә киң өйрәнелгән. 2003-нче елда LHMлар "Science" журналы тарафыннан хәзерге чорның иң яхшы ун ачышының берсе дип табылды. Яңа кушымталар, төшенчәләр, җайланмалар LHMларның уникаль үзлекләрен кулланып эшләнде. Электр тапшыру линиясе (TL) алымы LHM принципларын анализлый алырлык эффектив дизайн ысулы. Традицион TL-лар белән чагыштырганда, метаматериал TL-ның иң мөһим үзенчәлеге - TL параметрларының контрольдә тотылуы (таралу даими) һәм характерлы импеданс. Метаматериал TL параметрларының контрольдә тотылуы антенна структураларын тагын да компакт зурлык, югары җитештерүчәнлек һәм роман функцияләре белән проектлау өчен яңа идеялар бирә. Рәсем 1 (а), (б), һәм (в) саф уң кул тапшыру линиясенең (PRH), саф сул кул тапшыру линиясенең (PLH), һәм сулдан уңга күчерелгән линиянең югалтмас схемасы күрсәтелгән. CRLH). Рәсем 1 (а) күрсәткәнчә, PRH TL эквивалент схема моделе, гадәттә, серия индуктивлыгы һәм шант сыйдырышлыгы комбинациясе. 1-нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, PLH TL схемасы моделе - шант индуктивлыгы һәм серия сыйдырышлыгы. Практик кушымталарда PLH схемасын тормышка ашыру мөмкин түгел. Бу котылгысыз паразитик серияләр индуктивлыгы һәм шант сыйдырышлыгы эффектлары белән бәйле. Шуңа күрә, хәзерге вакытта тормышка ашырыла торган сул кул тапшыру линиясенең характеристикалары - рәсем 1 (с) күрсәткәнчә, сул һәм уң кул структуралары.

Рәсем 1 Төрле тапшыру линиясе модельләре

Тапшыру линиясенең (γ) таралу даими (γ) түбәндәгечә исәпләнә: γ = α + jβ = Sqrt (ZY), монда Y һәм Z керү һәм импедансны күрсәтәләр. CRLH-TL, Z һәм Yны исәпкә алып:

Бердәм CRLH TL түбәндәге дисперсия бәйләнешенә ия булачак:

Фаза даими real чыннан да реаль сан яки хыялый сан булырга мөмкин. Әгәр β ешлык диапазонында тулысынча реаль булса, γ = jβ шартлары аркасында ешлык диапазонында узу полосасы бар. Икенче яктан, β ешлык диапазонында хыялый сан булса, γ = α шартлары аркасында ешлык диапазонында тукталыш бар. Бу тукталыш CRLH-TL өчен уникаль һәм PRH-TL яки PLH-TLда юк. 2 (а), (б), һәм (в) рәсемнәрдә PRH-TL, PLH-TL, CRLH-TL дисперсия кәкреләре күрсәтелә (ягъни, ω - β бәйләнеш). Дисперсия кәкреләренә нигезләнеп, төркем тизлеге (vg = ∂ω / ∂β) һәм тапшыру линиясенең фаз тизлеге (vp = ω / β) алынырга һәм бәяләнергә мөмкин. PRH-TL өчен, шулай ук vg һәм vp параллель (ягъни, vpvg> 0) сызыктан күрсәтелергә мөмкин. PLH-TL өчен сызык vg һәм vp параллель түгеллеген күрсәтә (ягъни, vpvg <0). CRLH-TL дисперсия сызыгы шулай ук LH өлкәсенең (ягъни vpvg <0) һәм RH өлкәсенең (ягъни vpvg> 0) булуын күрсәтә. Рәсем 2 (с) дан күренгәнчә, CRLH-TL өчен, γ саф реаль сан булса, тукталыш полосасы бар.

Рәсем 2 Төрле тапшыру линияләренең дисперсия сызыклары

Гадәттә, CRLH-TL серияләре һәм параллель резонанслары төрле, бу тигезсез хәл дип атала. Ләкин, серия һәм параллель резонанс ешлыклары бер үк булганда, ул балансланган хәл дип атала, һәм нәтиҗәдә гадиләштерелгән эквивалент схема моделе 3 нче рәсемдә күрсәтелә.

Рәсем 3 Сул куллы тапшыру линиясенең схема моделе һәм дисперсия сызыгы

Ешлык арта барган саен, CRLH-TL дисперсия үзенчәлекләре әкренләп арта. Чөнки фаза тизлеге (ягъни, vp = ω / β) ешлыкка көннән-көн бәйле була. Түбән ешлыкларда CRLH-TL LH өстенлек итә, югары ешлыкларда CRLH-TL RH өстенлек итә. Бу CRLH-TLның икеләтә табигатен сурәтли. Тигезлек CRLH-TL дисперсия схемасы 3 нче рәсемдә күрсәтелгән. Рәсем 3 (б) күрсәткәнчә, LH -тан RH-ка күчү:

Кайда ω0 - күчү ешлыгы. Шуңа күрә, балансланган очракта, LH -тан RH-га шома күчү була, чөнки γ - хыялый сан. Шуңа күрә, балансланган CRLH-TL дисперсиясе өчен тукталыш юк. Zero0 нульдә булса да (дулкын озынлыгына чиксез, ягъни λg = 2π / | β |) булса да, дулкын һаман тарала, чөнки ω0 ндагы vg нуль түгел. Шулай ук, ω0да, фаза сменасы TL озынлыгы өчен нуль (ягъни, φ = - βd = 0). Фаза алга китүе (ягъни, φ> 0) LH ешлык диапазонында (ягъни, ω <ω0), һәм фазаның тоткарлануы (ягъни, φ <0) RH ешлык диапазонында була (ягъни ω> ω0). CRLH TL өчен характерлы импеданс түбәндәгечә сурәтләнә:

Кайда ZL һәм ZR - PLH һәм PRH импеданслары. Тигезсез очрак өчен характерлы импеданс ешлыкка бәйле. Aboveгарыдагы тигезләмә шуны күрсәтә: балансланган очрак ешлыктан бәйсез, шуңа күрә ул киң киңлек матчына ия булырга мөмкин. Aboveгарыда алынган TL тигезләмәсе CRLH материалын билгеләүче параметрларга охшаган. TL таралу даими γ = jβ = Sqrt (ZY). Материалның таралу тотрыклылыгын (β = ω x Sqrt (εμ)) исәпкә алып, түбәндәге тигезләмәне алырга мөмкин:

Шулай ук, TL, ягъни Z0 = Sqrt (ZY) характеристик импеданс, материалның характерлы импедансына охшаш, ягъни η = Sqrt (μ / ε), ул шулай итеп күрсәтелә:

Баланслы һәм тигезсез CRLH-TL (ягъни, n = cβ / ω) реактив индексы 4 нче рәсемдә күрсәтелгән. 4 нче рәсемдә CRLH-TLның LH диапазонындагы реактив индексы тискәре һәм RHдагы реактив индекс. диапазоны уңай.

4 нче рәсем. Баланслы һәм тигезсез CRLH TLларның типик реактив күрсәткечләре.

1. LC челтәре
5-нче рәсемдә күрсәтелгән LC күзәнәкләрен тасма белән каскадлап, d озынлыгының эффектив бердәмлеге булган типик CRLH-TL вакыт-вакыт яки вакыт-вакыт төзелергә мөмкин. Гомумән, CRLH-TL исәпләү һәм җитештерү уңайлыгын тәэмин итү өчен, схема вакытлыча булырга тиеш. Шигырь 1 (в) моделе белән чагыштырганда, 5 (а) схема күзәнәкләренең зурлыгы юк һәм физик озынлыгы чиксез кечкенә (ягъни метрларда Δz). Аның электр озынлыгын исәпкә алып θ = Δφ (рад), LC күзәнәгенең фазасы күрсәтелергә мөмкин. Ләкин, кулланылган индуктивлыкны һәм сыйдырышлыкны тормышка ашыру өчен, физик озынлык p билгеләнергә тиеш. Куллану технологиясен сайлау (мәсәлән, микрострип, копланар дулкын саклагыч, өслек монтаж компонентлары һ.б.) LC күзәнәгенең физик зурлыгына тәэсир итәчәк. 5 нче рәсемнең LC күзәнәге 1 (с) арту моделенә охшаган, һәм аның чикләре p = Δz → 0. 5 (б) рәсемендәге p → 0 бердәмлек шартлары буенча, TL төзелергә мөмкин (LC күзәнәкләрен каскадлау белән), бу озынлыктагы идеаль бердәм CRLH-TL эквивалентына, шулай итеп TL электромагнит дулкыннарына бертөрле булып күренергә мөмкин.

LC челтәренә нигезләнгән рәсем 5 CRLH TL.

LC күзәнәге өчен, Блох-Флот теоремасына охшаган периодик чик шартларын (ПБК) исәпкә алып, LC күзәнәгенең дисперсия бәйләнеше исбатлана һәм түбәндәгечә күрсәтелә:

LC күзәнәгенең импеданс (Z) һәм шантка керү (Y) түбәндәге тигезләмәләр белән билгеләнә:

LC чылбырының электр озынлыгы бик кечкенә булганлыктан, Тейлорны якынча алу өчен кулланырга мөмкин:

2. Физик тормышка ашыру
Алдагы бүлектә CRLH-TL чыгару өчен LC челтәре каралды. Мондый LC челтәрләре кирәкле сыйдырышлыкны (CR һәм CL) һәм индуктивлык (LR һәм LL) җитештерә алган физик компонентларны кабул итеп кенә тормышка ашырыла ала. Соңгы елларда өслек монтаж технологиясен (SMT) чип компонентларын яки таратылган компонентларны куллану зур кызыксыну уятты. Микрострип, стриплайн, копланар дулкын саклагыч яки башка шундый технологияләр таратылган компонентларны тормышка ашыру өчен кулланылырга мөмкин. SMT чипларын яки таратылган компонентларны сайлаганда күп нәрсәне исәпкә алырга кирәк. SMT нигезендә CRLH структуралары ешрак кулланыла һәм анализ һәм дизайн ягыннан тормышка ашыру җиңелрәк. Чөнки SMT чип компонентларының булуы, алар таратылган компонентлар белән чагыштырганда ремонтлау һәм җитештерүне таләп итмиләр. Ләкин, SMT компонентларының булуы таралган, һәм алар гадәттә түбән ешлыкларда гына эшлиләр (ягъни 3-6 ГГц). Шуңа күрә, SMT нигезендә CRLH структуралары чикләнгән эш ешлыгы диапазонына һәм билгеле фаза үзенчәлекләренә ия. Мәсәлән, нурланышлы кушымталарда SMT чип компонентлары мөмкин түгел. 6 нчы рәсемдә CRLH-TL нигезендә таратылган структура күрсәтелгән. Структура дидигиталь сыйдырышлык һәм кыска схема линиясе белән тормышка ашырыла, серияле сыйдырышлык CL һәм LH параллель индуктивлык LL формалаштыра. Сызык һәм GND арасындагы сыйдырышлык RH сыйдырышлыгы CR дип кабул ителә, һәм магнит агымы аркасында барлыкка килгән индуктивлык, RH индуктивлык LR дип кабул ителә.