2. MTM-TL taikymas antenų sistemose
Šiame skyriuje daugiausia dėmesio bus skiriama dirbtinėms metamedžiagoms – TL ir kai kuriems dažniausiai pasitaikantiems bei aktualiausiems jų pritaikymams, siekiant sukurti įvairias antenų struktūras, pasižyminčias maža kaina, paprasta gamyba, miniatiūrizacija, plačiu pralaidumu, dideliu stiprinimu ir efektyvumu, plačiu skenavimo diapazonu ir mažu profiliu. Jos aptariamos toliau.
1. Plačiajuosčio ir daugiadažnio ryšio antenos
Tipinėje TL, kurios ilgis yra l, kai duotas kampinis dažnis ω0, perdavimo linijos elektrinį ilgį (arba fazę) galima apskaičiuoti taip:
Kur vp žymi perdavimo linijos fazės greitį. Kaip matyti iš aukščiau pateikto, pralaidumas glaudžiai atitinka grupės vėlinimą, kuris yra φ išvestinė dažnio atžvilgiu. Todėl, trumpėjant perdavimo linijos ilgiui, pralaidumas taip pat platėja. Kitaip tariant, yra atvirkštinis ryšys tarp pralaidumo ir perdavimo linijos pagrindinės fazės, kuris yra specifinis projektavimui. Tai rodo, kad tradicinėse paskirstytose grandinėse darbinį pralaidumą nėra lengva valdyti. Tai galima priskirti tradicinių perdavimo linijų apribojimams laisvės laipsnių atžvilgiu. Tačiau apkrovos elementai leidžia naudoti papildomus parametrus metamedžiagų plačiajuosčiuose laiduose, o fazės atsaką galima valdyti iki tam tikro lygio. Norint padidinti pralaidumą, būtina turėti panašų nuolydį šalia dispersijos charakteristikų darbinio dažnio. Dirbtinės metamedžiagų plačiajuostės laidės gali pasiekti šį tikslą. Remiantis šiuo metodu, straipsnyje siūloma daug antenų pralaidumo didinimo metodų. Mokslininkai suprojektavo ir pagamino dvi plačiajuostes antenas, apkrautas žiediniais rezonatoriais (žr. 7 pav.). 7 paveiksle pateikti rezultatai rodo, kad apkrovus žiedinį rezonatorių įprastine monopoline antena, sužadinama žemo rezonanso moda. Žiedo rezonatoriaus dydis optimizuotas, siekiant pasiekti rezonansą, artimą monopolio antenos rezonansui. Rezultatai rodo, kad kai abu rezonansai sutampa, padidėja antenos pralaidumas ir spinduliuotės charakteristikos. Monopolio antenos ilgis ir plotis yra atitinkamai 0,25λ0×0,11λ0 ir 0,25λ0×0,21λ0 (4 GHz), o monopolio antenos su žiediniu rezonatoriumi ilgis ir plotis yra atitinkamai 0,29λ0×0,21λ0 (2,9 GHz). Įprastos F formos antenos ir T formos antenos be žiedinio rezonatoriaus didžiausias stiprinimas ir spinduliuotės efektyvumas, išmatuoti 5 GHz dažnių juostoje, yra atitinkamai 3,6 dBi - 78,5 % ir 3,9 dBi - 80,2 %. Antenai su žiediniu rezonatoriumi šie parametrai 6 GHz dažnių juostoje yra atitinkamai 4 dBi - 81,2 % ir 4,4 dBi - 83 %. Įdiegus žiedinį rezonatorių kaip atitikimo apkrovą monopolinėje antenoje, galima palaikyti 2,9 GHz ~ 6,41 GHz ir 2,6 GHz ~ 6,6 GHz dažnių juostas, o tai atitinka atitinkamai 75,4 % ir ~87 % dalinį pralaidumą. Šie rezultatai rodo, kad matavimo pralaidumas padidėja maždaug 2,4 ir 2,11 karto, palyginti su tradicinėmis maždaug fiksuoto dydžio monopolinėmis antenomis.
7 pav. Dvi plačiajuosčio ryšio antenos su žiediniais rezonatoriais.
Kaip parodyta 8 paveiksle, pateikti kompaktiškos spausdintinės monopolinės antenos eksperimentiniai rezultatai. Kai S11 ≤ -10 dB, darbinis pralaidumas yra 185 % (0,115–2,90 GHz), o esant 1,45 GHz dažniui, didžiausias stiprinimas ir spinduliuotės efektyvumas yra atitinkamai 2,35 dBi ir 78,8 %. Antenos išdėstymas panašus į trikampę lakštinę struktūrą, sujungtą atgal, kurią maitina kreivinis galios daliklis. Nupjautiniame GND yra centrinis atšaka, esanti po tiektuvu, o aplink jį išdėstyti keturi atviri rezonansiniai žiedai, kurie praplečia antenos pralaidumą. Antena spinduliuoja beveik visomis kryptimis, aprėpdama didžiąją dalį VHF ir S juostų bei visas UHF ir L juostas. Fizinis antenos dydis yra 48,32 × 43,72 × 0,8 mm3, o elektrinis dydis – 0,235λ0 × 0,211λ0 × 0,003λ0. Jis turi mažo dydžio ir mažos kainos pranašumus, be to, turi potencialių taikymo perspektyvų plačiajuosčio belaidžio ryšio sistemose.
8 pav.: Monopolinė antena su žiediniu rezonatoriumi.
9 paveiksle pavaizduota plokštuminė antenos struktūra, susidedanti iš dviejų porų tarpusavyje sujungtų meandro formos laidinių kilpų, įžemintų prie nupjautinės T formos įžeminimo plokštumos per du kiauryminius lizdus. Antenos dydis yra 38,5 × 36,6 mm2 (0,070λ0 × 0,067λ0), kur λ0 yra laisvos erdvės bangos ilgis, lygus 0,55 GHz. Antena spinduliuoja visomis kryptimis E plokštumoje 0,55–3,85 GHz darbiniu dažnių diapazonu, o maksimalus stiprinimas yra 5,5 dBi esant 2,35 GHz dažniui ir 90,1 % efektyvumas. Dėl šių savybių siūloma antena tinkama įvairioms reikmėms, įskaitant UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi ir Bluetooth.
9 pav. Siūloma plokštuminė antenos struktūra.
2. Nesandariųjų bangų antena (LWA)
Naujoji nesandariosios bangos antena yra vienas iš pagrindinių dirbtinės metamedžiagos TL pritaikymų. Nesandariosios bangos antenų fazės konstantos β įtaka spinduliavimo kampui (θm) ir maksimaliam spindulio pločiui (Δθ) yra tokia:
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 lygus 0, kai dažnis nėra lygus nuliui. Remiantis šia savybe, galima generuoti naują nulinės eilės rezonatorių (ZOR). Kai β lygus nuliui, visame rezonatoriuje fazės poslinkio nevyksta. Taip yra todėl, kad fazės poslinkio konstanta φ = - βd = 0. Be to, rezonansas priklauso tik nuo reaktyviosios apkrovos ir nepriklauso nuo struktūros ilgio. 10 paveiksle parodyta, kad siūloma antena pagaminta naudojant du ir tris E formos elementus, o bendras dydis yra atitinkamai 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 ir 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, kur λ0 reiškia laisvos erdvės bangos ilgį esant atitinkamai 500 MHz ir 650 MHz veikimo dažniams. 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 plataus pralaidumo savybių, pirmosios ir antrosios antenų stiprinimas ir efektyvumas yra atitinkamai 5,3 dBi ir 85 % (1 GHz) bei 5,7 dBi ir 90 % (1,4 GHz).
10 pav. Siūlomos dvigubos E ir trigubos E antenų struktūros.
4. Lizdinė antena
Pasiūlytas paprastas CRLH-MTM antenos apertūros padidinimo metodas, tačiau jos dydis beveik nepakito. Kaip parodyta 11 paveiksle, anteną sudaro vertikaliai vienas ant kito sudėti CRLH moduliai, kuriuose yra lopinėliai ir meandrinės linijos, o lope yra S formos anga. Anteną maitina CPW atitikimo išvestis, kurios dydis yra 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, atitinkantis 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0, kur λ0 (3,5 GHz) žymi laisvos erdvės bangos ilgį. Rezultatai rodo, kad antena veikia 0,85–7,90 GHz dažnių juostoje, o jos darbinis pralaidumas yra 161,14 %. Didžiausias antenos spinduliuotės stiprinimas ir efektyvumas pasiekiami esant 3,5 GHz dažniui – atitinkamai 5,12 dBi ir ~80 %.
11 pav. Siūloma CRLH MTM plyšinė antena.
Norėdami sužinoti daugiau apie antenas, apsilankykite:
Įrašo laikas: 2024 m. rugpjūčio 30 d.
