2. MTM-TL taikymas antenų sistemose
Šiame skyriuje daugiausia dėmesio bus skiriama dirbtinių metamedžiagų TL ir kai kurioms labiausiai paplitusioms ir aktualioms jų pritaikymoms, skirtoms įgyvendinti įvairias antenų struktūras, turinčias mažą kainą, lengvą gamybą, miniatiūrizavimą, platų pralaidumą, didelį stiprinimą ir efektyvumą, plataus diapazono nuskaitymo galimybes ir žemą profilį. Jie aptariami toliau.
1. Plačiajuosčio ryšio ir kelių dažnių antenos
Tipiškame TL, kurio ilgis yra l, kai nurodytas kampinis dažnis ω0, perdavimo linijos elektrinį ilgį (arba fazę) galima apskaičiuoti taip:
Kur vp reiškia perdavimo linijos fazės greitį. Kaip matyti iš aukščiau, dažnių juostos plotis labai atitinka grupės vėlavimą, kuris yra φ išvestinė pagal dažnį. Todėl, trumpėjant perdavimo linijos ilgiui, pralaidumas taip pat tampa platesnis. Kitaip tariant, yra atvirkštinis ryšys tarp dažnių juostos pločio ir pagrindinės perdavimo linijos fazės, kuri priklauso nuo konstrukcijos. Tai rodo, kad tradicinėse paskirstytose grandinėse veikimo dažnių juostos plotį nėra lengva valdyti. Tai gali būti siejama su tradicinių perdavimo linijų apribojimais laisvės laipsnių atžvilgiu. Tačiau apkrovos elementai leidžia naudoti papildomus parametrus metamedžiagos TL, o fazės atsaką galima kontroliuoti iki tam tikro lygio. Norint padidinti pralaidumą, būtina turėti panašų nuolydį šalia sklaidos charakteristikų veikimo dažnio. Dirbtinė metamedžiaga TL gali pasiekti šį tikslą. Remiantis šiuo požiūriu, straipsnyje siūloma daug būdų, kaip padidinti antenų pralaidumą. Mokslininkai suprojektavo ir pagamino dvi plačiajuosčio ryšio antenas, apkrautas padalinto žiedo rezonatoriais (žr. 7 pav.). Rezultatai, parodyti 7 paveiksle, rodo, kad apkrovus padalinto žiedo rezonatorių įprastine monopoline antena, sužadinamas žemo rezonansinio dažnio režimas. Padalinto žiedo rezonatoriaus dydis yra optimizuotas, kad būtų pasiektas rezonansas, artimas monopolinės antenos rezonansui. Rezultatai rodo, kad kai du rezonansai sutampa, antenos pralaidumas ir spinduliavimo charakteristikos padidėja. Monopolio antenos ilgis ir plotis yra atitinkamai 0,25 λ0 × 0,11 λ0 ir 0,25 λ0 × 0,21 λ0 (4 GHz), o monopolinės antenos, apkrautos padalinto žiedo rezonatoriumi, ilgis ir plotis yra 0,29 λ0 × 0,29 λz0 (2. ), atitinkamai. Įprastos F formos antenos ir T formos antenos be padalinto žiedo rezonatoriaus didžiausias stiprinimas ir spinduliavimo efektyvumas, išmatuotas 5 GHz dažnių juostoje, yra atitinkamai 3,6 dBi – 78,5 % ir 3,9 dBi – 80,2 %. Antenai, apkrautai padalinto žiedo rezonatoriumi, šie parametrai yra atitinkamai 4dBi - 81,2% ir 4,4dBi - 83%, 6 GHz dažnių juostoje. Įdiegus padalinto žiedo rezonatorių kaip atitinkamą monopolinės antenos apkrovą, galima palaikyti 2,9 GHz ~ 6,41 GHz ir 2,6 GHz ~ 6,6 GHz dažnių juostas, atitinkančias atitinkamai 75,4 % ir ~ 87 % dažnių juostos plotį. Šie rezultatai rodo, kad matavimo dažnių juostos plotis pagerėjo maždaug 2,4 karto ir 2,11 karto, lyginant su tradicinėmis maždaug fiksuoto dydžio monopolinėmis antenomis.
7 pav. Dvi plačiajuosčio ryšio antenos, apkrautos dalijamo žiedo rezonatoriais.
Kaip parodyta 8 paveiksle, parodyti kompaktiškos spausdintos monopolinės antenos eksperimentiniai rezultatai. Kai S11≤- 10 dB, veikimo dažnių juostos plotis yra 185 % (0,115–2,90 GHz), o esant 1,45 GHz, didžiausias stiprinimas ir spinduliavimo efektyvumas yra atitinkamai 2,35 dBi ir 78,8 %. Antenos išdėstymas yra panašus į trikampio lakšto struktūrą, kuri maitinama kreiviniu galios dalikliu. Sutrumpintame GND yra centrinė šakutė, esanti po tiektuvu, o aplink jį paskirstyti keturi atviri rezonansiniai žiedai, kurie praplečia antenos pralaidumą. Antena spinduliuoja beveik visa kryptimi, apimdama daugumą VHF ir S juostų bei visas UHF ir L juostas. Fizinis antenos dydis yra 48,32 × 43,72 × 0,8 mm3, o elektrinis - 0,235λ0 × 0,211λ0 × 0,003λ0. Jis turi mažo dydžio ir mažos kainos privalumus ir gali būti pritaikytas plačiajuosčio belaidžio ryšio sistemose.
8 paveikslas: Monopolio antena, pakrauta su padalinto žiedo rezonatoriumi.
9 paveiksle parodyta plokštuminė antenos konstrukcija, susidedanti iš dviejų porų tarpusavyje sujungtų vingiuotų laidų kilpų, įžemintų į nupjautą T formos įžeminimo plokštę per du išėjimus. Antenos dydis yra 38,5 × 36,6 mm2 (0,070 λ0 × 0,067 λ0), kur λ0 yra 0,55 GHz laisvos erdvės bangos ilgis. Antena E-plokštumoje spinduliuoja visomis kryptimis 0,55–3,85 GHz veikimo dažnių juostoje, maksimalus stiprinimas 5,5 dBi esant 2,35 GHz, o efektyvumas 90,1%. Dėl šių savybių siūloma antena tinka įvairioms programoms, įskaitant UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi ir Bluetooth.
9 pav. Siūloma plokštumos antenos struktūra.
2. Nesandari bangų antena (LWA)
Naujoji nesandarių bangų antena yra viena iš pagrindinių pritaikymų dirbtinai metamedžiagai TL realizuoti. Nesandarių bangų antenų fazės konstantos β poveikis spinduliavimo kampui (θm) ir didžiausiam pluošto pločiui (Δθ) yra toks:
L yra antenos ilgis, k0 yra bangos skaičius laisvoje erdvėje, o λ0 yra bangos ilgis laisvoje erdvėje. Atkreipkite dėmesį, kad spinduliuotė atsiranda tik tada, kai |β|
3. Nulinės eilės rezonatoriaus antena
Unikali CRLH metamedžiagos savybė yra ta, kad β gali būti 0, kai dažnis nėra lygus nuliui. Remiantis šia savybe, galima sugeneruoti naują nulinės eilės rezonatorių (ZOR). Kai β lygi nuliui, visame rezonatoriuje nevyksta fazinis poslinkis. Taip yra todėl, kad fazių poslinkio konstanta φ = - βd = 0. Be to, rezonansas priklauso tik nuo reaktyviosios apkrovos ir nepriklauso nuo konstrukcijos ilgio. 10 paveiksle parodyta, kad siūloma antena pagaminta naudojant du ir tris E formos blokus, o bendras dydis yra 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 ir 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, kur banga yra atitinkamai 0,001λ0. laisvos vietos darbiniais dažniais atitinkamai 500 MHz ir 650 MHz. Antena veikia 0,5–1,35 GHz (0,85 GHz) ir 0,65–1,85 GHz (1,2 GHz) dažniais, o santykinis pralaidumas yra 91,9% ir 96,0%. Be mažo dydžio ir plačios juostos pločio charakteristikų, pirmosios ir antrosios antenos stiprinimas ir efektyvumas yra atitinkamai 5,3 dBi ir 85 % (1 GHz) ir 5,7 dBi ir 90 % (1,4 GHz).
10 pav. Siūlomos dvigubos E ir trigubos E antenos struktūros.
4. Lizdinė antena
Buvo pasiūlytas paprastas būdas padidinti CRLH-MTM antenos diafragmą, tačiau jos antenos dydis beveik nesikeičia. Kaip parodyta 11 paveiksle, antenoje yra vertikaliai vienas ant kito sukrauti CRLH blokai, kuriuose yra dėmių ir vingiuotų linijų, o pleistre yra S formos lizdas. Antena maitinama CPW atitinkančia šakute, o jos dydis yra 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, atitinkantis 0,204λ0 × 0,375λ0 × 0,018λ0, kur λ0 (3,5GHz) reiškia laisvos erdvės bangos ilgį. Rezultatai rodo, kad antena veikia 0,85-7,90 GHz dažnių juostoje, o jos veikimo dažnių juostos plotis yra 161,14%. Didžiausias antenos spinduliuotės stiprinimas ir efektyvumas atsiranda esant 3,5 GHz, kurie yra atitinkamai 5,12 dBi ir ~ 80%.
11 pav. Siūloma CRLH MTM lizdo antena.
Norėdami sužinoti daugiau apie antenas, apsilankykite:
Paskelbimo laikas: 2024-08-30
