Жаңылыктар - Метаматериалдарга негизделген берүү линиясынын антенналарына сереп (2-бөлүк)

2. Антенна системаларында MTM-TL колдонулушу
Бул бөлүм жасалма метаматериалдык линияларга жана алардын арзан, оңой өндүрүлгөн, миниатюралаштырылган, кең өткөрүү жөндөмдүүлүгү, жогорку күчөтүү жана натыйжалуулук, кеңири диапазондогу сканерлөө мүмкүнчүлүгү жана төмөнкү профиль менен ар кандай антенна структураларын ишке ашыруу үчүн эң кеңири таралган жана тиешелүү колдонмолоруна багытталат. Алар төмөндө талкууланат.

1. Кең тилкелүү жана көп жыштыктуу антенналар
Узундугу l болгон типтүү линияда, бурчтук жыштык ω0 берилгенде, электр берүү линиясынын электрдик узундугун (же фазасын) төмөнкүчө эсептөөгө болот:

Мында vp берүү линиясынын фазалык ылдамдыгын билдирет. Жогорудагылардан көрүнүп тургандай, өткөрүү жөндөмдүүлүгү топтук кечигүүгө жакын, ал жыштыкка карата φ туундусу. Ошондуктан, берүү линиясынын узундугу кыскарган сайын, өткөрүү жөндөмдүүлүгү да кеңейет. Башкача айтканда, өткөрүү жөндөмдүүлүгү менен берүү линиясынын фундаменталдык фазасынын ортосунда тескери байланыш бар, бул долбоорго мүнөздүү. Бул салттуу бөлүштүрүлгөн схемаларда иштөө өткөрүү жөндөмдүүлүгүн башкаруу оңой эмес экенин көрсөтүп турат. Муну салттуу берүү линияларынын эркиндик даражалары боюнча чектөөлөрү менен байланыштырса болот. Бирок, жүктөө элементтери метаматериалдык линияларда кошумча параметрлерди колдонууга мүмкүндүк берет жана фазалык жоопту белгилүү бир деңгээлде башкарууга болот. Өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жогорулатуу үчүн дисперсиялык мүнөздөмөлөрдүн иштөө жыштыгына жакын окшош жантайыңкылык болушу керек. Жасалма метаматериалдык линия бул максатка жете алат. Бул ыкманын негизинде макалада антенналардын өткөрүү жөндөмдүүлүгүн жогорулатуунун көптөгөн ыкмалары сунушталган. Окумуштуулар бөлүнгөн шакекчелүү резонаторлор менен жүктөлгөн эки кең тилкелүү антеннаны иштеп чыгышкан жана жасашкан (7-сүрөттү караңыз). 7-сүрөттө көрсөтүлгөн жыйынтыктар көрсөткөндөй, бөлүнгөн шакекче резонатору кадимки монополдук антенна менен жүктөлгөндөн кийин, төмөнкү резонанстык жыштык режими козголот. Бөлүнгөн шакекче резонаторунун өлчөмү монополдук антеннанын көлөмүнө жакын резонанска жетүү үчүн оптималдаштырылган. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, эки резонанс дал келгенде, антеннанын өткөрүү жөндөмдүүлүгү жана нурлануу мүнөздөмөлөрү жогорулайт. Монополдук антеннанын узундугу жана туурасы тиешелүүлүгүнө жараша 0,25λ0×0,11λ0 жана 0,25λ0×0,21λ0 (4 ГГц), ал эми бөлүнгөн шакекче резонатору менен жүктөлгөн монополдук антеннанын узундугу жана туурасы тиешелүүлүгүнө жараша 0,29λ0×0,21λ0 (2,9 ГГц) түзөт. Бөлүнгөн шакекче резонатору жок кадимки F формасындагы антенна жана Т формасындагы антенна үчүн 5 ГГц диапазонунда өлчөнгөн эң жогорку күчөтүү жана нурлануу натыйжалуулугу тиешелүүлүгүнө жараша 3,6 дБи - 78,5% жана 3,9 дБи - 80,2% түзөт. Бөлүнгөн шакекчелүү резонатор менен жүктөлгөн антенна үчүн бул параметрлер 6 ГГц диапазонунда тиешелүүлүгүнө жараша 4 дБи - 81,2% жана 4,4 дБи - 83% түзөт. Бөлүнгөн шакекчелүү резонаторду монополдук антеннага дал келген жүктөм катары колдонуу менен, 2,9 ГГц ~ 6,41 ГГц жана 2,6 ГГц ~ 6,6 ГГц диапазондорун колдоого болот, бул тиешелүүлүгүнө жараша 75,4% жана ~87% бөлчөктүк өткөрүү жөндөмдүүлүгүнө туура келет. Бул жыйынтыктар өлчөө өткөрүү жөндөмдүүлүгү болжол менен белгиленген өлчөмдөгү салттуу монополдук антенналарга салыштырмалуу болжол менен 2,4 эсе жана 2,11 эсе жакшырганын көрсөтүп турат.

7-сүрөт. Бөлүнгөн шакекчелүү резонаторлор менен жүктөлгөн эки кең тилкелүү антенна.

8-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, компакттуу басылган монополдук антеннанын эксперименталдык жыйынтыктары көрсөтүлгөн. S11≤-10 дБ болгондо, иштөө өткөрүү жөндөмдүүлүгү 185% (0,115-2,90 ГГц) түзөт, ал эми 1,45 ГГц жыштыгында эң жогорку күч жана нурлануунун натыйжалуулугу тиешелүү түрдө 2,35 дБи жана 78,8% түзөт. Антеннанын жайгашуусу ийри сызыктуу кубат бөлгүч менен азыктанган үч бурчтуу барактын арткы түзүлүшүнө окшош. Кесилген GNDде азыктандыргычтын астына жайгаштырылган борбордук бөлүк бар жана анын айланасында төрт ачык резонанстык шакекчелер бөлүштүрүлгөн, бул антеннанын өткөрүү жөндөмдүүлүгүн кеңейтет. Антенна дээрлик бардык багытта нурланат, VHF жана S тилкелеринин көпчүлүгүн жана бардык UHF жана L тилкелерин камтыйт. Антеннанын физикалык өлчөмү 48,32×43,72×0,8 мм3, ал эми электрдик өлчөмү 0,235λ0×0,211λ0×0,003λ0. Анын кичинекей өлчөмү жана арзан баасы сыяктуу артыкчылыктары бар жана кең тилкелүү зымсыз байланыш системаларында колдонуу келечеги бар.

8-сүрөт: Бөлүнгөн шакекче резонатору менен жүктөлгөн монополдук антенна.

9-сүрөттө эки өтмөк аркылуу кесилген Т-формасындагы жер тегиздигине жерге туташтырылган эки жуп бири-бирине туташкан меандр зым илмектеринен турган тегиздик антеннанын түзүлүшү көрсөтүлгөн. Антеннанын өлчөмү 38,5×36,6 мм2 (0,070λ0×0,067λ0), мында λ0 - 0,55 ГГц бош мейкиндик толкун узундугу. Антенна 0,55 ~ 3,85 ГГц жумушчу жыштык тилкесинде E-тегиздигинде бардык багытта нурланат, 2,35 ГГцде максималдуу күчөтүү 5,5 дБи жана натыйжалуулугу 90,1% түзөт. Бул өзгөчөлүктөр сунушталган антеннаны UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi жана Bluetooth сыяктуу ар кандай колдонмолор үчүн ылайыктуу кылат.

9-сүрөт. Сунушталган тегиз антеннанын түзүлүшү.

2. Агып жаткан толкундуу антенна (LWA)
Жаңы агып жаткан толкун антеннасы жасалма метаматериалдык TLди ишке ашыруудагы негизги колдонмолордун бири болуп саналат. Агып жаткан толкун антенналары үчүн фазалык туруктуу βнын нурлануу бурчуна (θm) жана максималдуу нур туурасына (Δθ) тийгизген таасири төмөнкүдөй:

L – антеннанын узундугу, k0 – бош мейкиндиктеги толкун саны, ал эми λ0 – бош мейкиндиктеги толкун узундугу. Нурлануу |β| болгондо гана пайда болорун эске алыңыз.

3. Нөлдүк тартиптеги резонатордук антенна
CRLH метаматериалынын уникалдуу касиети - жыштык нөлгө барабар болбогондо β 0 болушу мүмкүн. Бул касиетке таянып, жаңы нөлдүк тартиптеги резонаторду (ZOR) түзүүгө болот. β нөлгө барабар болгондо, бүтүндөй резонатордо фазалык жылыш болбойт. Себеби фазалык жылыш константасы φ = - βd = 0. Мындан тышкары, резонанс реактивдүү жүктөмгө гана көз каранды жана конструкциянын узундугунан көз каранды эмес. 10-сүрөттө сунушталган антенна E-формасындагы эки жана үч бирдикти колдонуу менен жасалганы жана жалпы өлчөмү тиешелүүлүгүнө жараша 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 жана 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0 экени көрсөтүлгөн, мында λ0 тиешелүүлүгүнө жараша 500 МГц жана 650 МГц жумушчу жыштыктардагы бош мейкиндиктин толкун узундугун билдирет. Антенна 0,5-1,35 ГГц (0,85 ГГц) жана 0,65-1,85 ГГц (1,2 ГГц) жыштыктарында иштейт, салыштырмалуу өткөрүү жөндөмдүүлүгү 91,9% жана 96,0% түзөт. Кичинекей өлчөмдөгү жана кең өткөрүү жөндөмдүүлүгүнүн мүнөздөмөлөрүнөн тышкары, биринчи жана экинчи антенналардын күчөтүү жана натыйжалуулугу тиешелүүлүгүнө жараша 5,3 дБи жана 85% (1 ГГц) жана 5,7 дБи жана 90% (1,4 ГГц) түзөт.

Сүрөт 10 Сунушталган кош E жана үч E антенна түзүлүштөрү.

4. Уячалуу антенна
CRLH-MTM антеннасынын диафрагмасын чоңойтуунун жөнөкөй ыкмасы сунушталган, бирок анын антеннасынын өлчөмү дээрлик өзгөргөн эмес. 11-сүрөттө көрсөтүлгөндөй, антенна бири-биринин үстүнө тигинен тизилген CRLH блокторун камтыйт, аларда тактар жана меандр сызыктары бар жана тактын үстүндө S формасындагы уяча бар. Антенна CPW дал келген түтүкчө менен азыктанат жана анын өлчөмү 17,5 мм × 32,15 мм × 1,6 мм, бул 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0го туура келет, мында λ0 (3,5 ГГц) бош мейкиндиктин толкун узундугун билдирет. Жыйынтыктар көрсөткөндөй, антенна 0,85-7,90 ГГц жыштык тилкесинде иштейт жана анын иштөө өткөрүү жөндөмдүүлүгү 161,14% түзөт. Антеннанын эң жогорку радиациялык күчөшү жана эффективдүүлүгү 3,5 ГГцде байкалат, алар тиешелүүлүгүнө жараша 5,12 дБи жана ~80% түзөт.