Яңалыклар - Метаматериалларга нигезләнгән тапшыру линиясе антенналарына күзәтү (2 нче өлеш)

2. Антенна системаларында MTM-TL куллану
Бу бүлек ясалма метаматериал TLларга һәм аларның арзан бәягә, җиңел җитештерүгә, миниатюризациягә, киң полоса киңлегенә, югары көчәнешкә һәм нәтиҗәлелеккә, киң диапазонлы сканерлау мөмкинлегенә һәм түбән профильгә ия төрле антенна структураларын гамәлгә ашыру өчен иң киң таралган һәм актуаль кулланылышларына юнәлтеләчәк. Алар түбәндә каралачак.

1. Киң полосалы һәм күп ешлыклы антенналар
Озынлыгы l булган гадәти TLда, почмак ешлыгы ω0 бирелгәндә, тапшыру линиясенең электр озынлыгын (яки фазасын) түбәндәгечә исәпләп була:

Монда vp тапшыру линиясенең фаза тизлеген күрсәтә. Югарыда күрсәтелгәннәрдән күренгәнчә, тапшыру линиясе төркем тоткарлыгына туры килә, ул ешлыкка карата φ ның чыгарылмасы. Шуңа күрә тапшыру линиясенең озынлыгы кыскарган саен, тапшыру линиясе киңәя. Икенче төрле әйткәндә, тапшыру линиясенең фундаменталь фазасы һәм дизайнга бәйле кире бәйләнеш бар. Бу традицион таратылган схемаларда эшче тапшыру линиясен контрольдә тоту җиңел түгеллеген күрсәтә. Моны традицион тапшыру линияләренең иреклек дәрәҗәләре буенча чикләүләре белән бәйләргә мөмкин. Ләкин йөкләү элементлары метаматериал TLларда өстәмә параметрлар кулланырга мөмкинлек бирә, һәм фаза җавабын билгеле бер дәрәҗәдә контрольдә тотарга мөмкин. Полоса киңлеген арттыру өчен, дисперсия характеристикаларының эшче ешлыгы янында охшаш авышлык булырга тиеш. Ясалма метаматериал TL бу максатка ирешә ала. Бу ысулга нигезләнеп, мәкаләдә антенналарның үткәрүчәнлеген арттыру өчен күп ысуллар тәкъдим ителә. Галимнәр бүленгән боҗралы резонаторлар белән йөкләнгән ике киң полосалы антенна эшләделәр һәм җитештерделәр (7 нче рәсемне карагыз). 7 нче рәсемдә күрсәтелгән нәтиҗәләр күрсәткәнчә, бүленгән боҗралы резонаторны гадәти монополь антенна белән йөкләгәннән соң, түбән резонанслы ешлык режимы кузгатыла. Бүленгән боҗралы резонаторның зурлыгы монополь антеннага якын резонанска ирешү өчен оптимальләштерелгән. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, ике резонанс туры килгәндә, антеннаның полоса киңлеге һәм нурланыш характеристикалары арта. Монополь антеннаның озынлыгы һәм киңлеге 0,25λ0×0,11λ0 һәм 0,25λ0×0,21λ0 (4 ГГц) тәшкил итә, ә бүленгән боҗралы резонатор белән йөкләнгән монополь антеннаның озынлыгы һәм киңлеге 0,29λ0×0,21λ0 (2,9 ГГц) тәшкил итә. Бүленгән боҗралы резонаторсыз гадәти F-формасындагы антенна һәм Т-формасындагы антенна өчен 5 ГГц диапазонында үлчәнгән иң югары көчәйтү һәм нурланыш нәтиҗәлелеге 3,6 дБи - 78,5% һәм 3,9 дБи - 80,2% тәшкил итә. Бүленгән боҗралы резонатор белән йөкләнгән антенна өчен бу параметрлар 6 ГГц диапазонында 4 дБи - 81,2% һәм 4,4 дБи - 83% тәшкил итә. Монополь антеннага туры килә торган йөкләнеш буларак бүленгән боҗралы резонаторны куллану аша 2,9 ГГц ~ 6,41 ГГц һәм 2,6 ГГц ~ 6,6 ГГц диапазоннарын хупларга мөмкин, бу 75,4% һәм ~87% өлешчә полоса киңлегенә туры килә. Бу нәтиҗәләр үлчәү полосасының якынча билгеләнгән зурлыктагы традицион монополь антенналар белән чагыштырганда якынча 2,4 тапкыр һәм 2,11 тапкыр яхшырганын күрсәтә.

7 нче рәсем. Бүленгән боҗралы резонаторлар белән йөкләнгән ике киң полосалы антенна.

8 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, компакт бастырылган монополь антеннаның эксперименталь нәтиҗәләре күрсәтелгән. S11≤-10 дБ булганда, эш полосасы 185% (0,115-2,90 ГГц) тәшкил итә, ә 1,45 ГГц ешлыгында пик көчәйтү һәм нурланыш нәтиҗәлелеге 2,35 дБи һәм 78,8% тәшкил итә. Антеннаның урнашуы арка-арка өчпочмаклы бит структурасына охшаган, ул кәкре сызыклы көч бүлгече белән туендырыла. Кыскартылган GND фидер астына урнаштырылган үзәк стендны үз эченә ала, һәм аның тирәли дүрт ачык резонанс боҗрасы таралган, бу антеннаның полосасын киңәйтә. Антенна диярлек барлык юнәлештә нурланыш бирә, VHF һәм S диапазоннарының күпчелек өлешен, һәм барлык UHF һәм L диапазоннарын үз эченә ала. Антеннаның физик зурлыгы 48,32×43,72×0,8 мм3, ә электр зурлыгы 0,235λ0×0,211λ0×0,003λ0. Аның кечкенә зурлыгы һәм арзанлыгы кебек өстенлекләре бар, һәм ул киң полосалы сымсыз элемтә системаларында куллану мөмкинлекләренә ия.

8 нче рәсем: Бүленгән боҗралы резонатор белән йөкләнгән монополь антенна.

9 нчы рәсемдә ике үткәргеч аша кыскартылган Т-формасындагы җир өслегенә җирләнгән ике пар үзара бәйләнгән меандр чыбык элмәкләреннән торган яссы антенна структурасы күрсәтелгән. Антенна зурлыгы 38,5 × 36,6 мм2 (0,070λ0 × 0,067λ0), монда λ0 - 0,55 ГГц ирекле киңлек дулкын озынлыгы. Антенна 0,55 ~ 3,85 ГГц эш ешлыгы диапазонында E-яссылыгында барлык юнәлешләрдә нур тарата, 2,35 ГГц ешлыкта максималь көчәйтү 5,5 дБи һәм 90,1% нәтиҗәлелек белән. Бу үзенчәлекләр тәкъдим ителгән антеннаны төрле кушымталар, шул исәптән UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi һәм Bluetooth өчен яраклы итә.

9 нчы рәсем. Тәкъдим ителгән яссы антенна структурасы.

2. Агып торган дулкын антеннасы (LWA)
Яңа агып торган дулкын антеннасы ясалма метаматериал TLны гамәлгә ашыруның төп кушымталарының берсе булып тора. Агып торган дулкын антенналары өчен фаза даимисе βның нурланыш почмагына (θm) һәм максималь нур киңлегенә (Δθ) йогынтысы түбәндәгечә:

L - антенна озынлыгы, k0 - буш киңлектәге дулкын саны, ә λ0 - буш киңлектәге дулкын озынлыгы. Нурланышның |β| булганда гына барлыкка килүен истә тотыгыз.

3. Нуль тәртипле резонатор антеннасы
CRLH метаматериалының уникаль үзенчәлеге шунда: ешлык нульгә тигез булмаганда β 0 була ала. Бу үзенчәлеккә нигезләнеп, яңа нуль тәртибендәге резонатор (ZOR) булдырырга мөмкин. β нульгә тигез булганда, бөтен резонаторда фаза күчеше булмый. Бу фаза күчеше даимисе φ = - βd = 0 булу сәбәпле. Моннан тыш, резонанс реактив йөкләнешкә генә бәйле һәм структура озынлыгыннан бәйсез. 10 нчы рәсемдә күрсәтелгәнчә, тәкъдим ителгән антенна E-формасындагы ике һәм өч берәмлек кулланып ясалган, һәм гомуми зурлыгы 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 һәм 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, монда λ0 500 МГц һәм 650 МГц эш ешлыкларындагы буш киңлекнең дулкын озынлыгын күрсәтә. Антенна 0,5-1,35 ГГц (0,85 ГГц) һәм 0,65-1,85 ГГц (1,2 ГГц) ешлыкларда эшли, чагыштырмача ешлык диапазоны 91,9% һәм 96,0% тәшкил итә. Кечкенә зурлык һәм киң ешлык характеристикаларыннан тыш, беренче һәм икенче антенналарның көчәйтү һәм нәтиҗәлелеге 5,3 дБи һәм 85% (1 ГГц) һәм 5,7 дБи һәм 90% (1,4 ГГц) тәшкил итә.

10 нчы рәсем. Икеләтелгән E һәм өчләтә E антенна структураларының тәкъдим ителгән вариантлары.

4. Уялы антенна
CRLH-MTM антеннасының диафрагмасын зурайту өчен гади ысул тәкъдим ителде, ләкин аның антенна зурлыгы үзгәрешсез диярлек. 11 нче рәсемдә күрсәтелгәнчә, антенна бер-берсенә вертикаль рәвештә урнаштырылган CRLH блокларын үз эченә ала, аларда нокталар һәм меандр сызыклары бар, һәм ноктада S-формасындагы уем бар. Антенна CPW туры килә торган штифты белән тутырыла, һәм аның зурлыгы 17,5 мм × 32,15 мм × 1,6 мм, бу 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0 га туры килә, монда λ0 (3,5 ГГц) буш киңлекнең дулкын озынлыгын күрсәтә. Нәтиҗәләр күрсәткәнчә, антенна 0,85-7,90 ГГц ешлык диапазонында эшли, һәм аның эш үткәрүчәнлек диапазоны 161,14% тәшкил итә. Антеннаның иң югары нурланыш көчәйтүе һәм нәтиҗәлелеге 3,5 ГГц ешлыкта күренә, алар тиешенчә 5,12 дБи һәм ~80% тәшкил итә.