Balita - Usa ka pagrepaso sa transmission line antenna base sa mga metamaterial (Bahin 2)

2. Paggamit sa MTM-TL sa Antenna Systems
Kini nga seksyon magpunting sa mga artipisyal nga metamaterial nga TL ug pipila sa ilang labing kasagaran ug may kalabutan nga mga aplikasyon alang sa pag-amgo sa lainlaing mga istruktura sa antenna nga adunay mubu nga gasto, dali nga paghimo, miniaturization, lapad nga bandwidth, taas nga ganansya ug kahusayan, lapad nga katakus sa pag-scan ug ubos nga profile. Sila gihisgutan sa ubos.

1. Broadband ug multi-frequency antennas
Sa usa ka tipikal nga TL nga adunay gitas-on nga l, kung gihatag ang angular frequency ω0, ang gitas-on sa kuryente (o hugna) sa linya sa transmission mahimong kalkulado ingon sa mosunod:

Diin ang vp nagrepresentar sa phase velocity sa transmission line. Ingon sa makita gikan sa ibabaw, ang bandwidth katumbas pag-ayo sa paglangan sa grupo, nga mao ang gigikanan sa φ nga may kalabotan sa frequency. Busa, samtang ang gitas-on sa transmission line mahimong mas mubo, ang bandwidth usab mahimong mas lapad. Sa laing pagkasulti, adunay kabaliktaran nga relasyon tali sa bandwidth ug sa sukaranan nga bahin sa linya sa transmission, nga piho nga disenyo. Kini nagpakita nga sa tradisyonal nga distributed nga mga sirkito, ang operating bandwidth dili sayon nga kontrolon. Mahimo kini nga ipahinungod sa mga limitasyon sa tradisyonal nga mga linya sa transmission sa mga termino sa lebel sa kagawasan. Bisan pa, ang mga elemento sa pagkarga nagtugot sa dugang nga mga parameter nga magamit sa mga metamaterial nga TL, ug ang tubag sa hugna mahimong makontrol sa usa ka sukod. Aron madugangan ang bandwidth, kinahanglan nga adunay parehas nga bakilid duol sa operating frequency sa mga kinaiya sa pagkatibulaag. Ang artipisyal nga metamaterial TL mahimong makab-ot kini nga katuyoan. Pinasukad sa kini nga pamaagi, daghang mga pamaagi alang sa pagpaayo sa bandwidth sa mga antenna ang gisugyot sa papel. Ang mga eskolar nagdesinyo ug naghimo ug duha ka broadband antenna nga puno sa split ring resonator (tan-awa ang Figure 7). Ang mga resulta nga gipakita sa Figure 7 nagpakita nga human sa loading sa split ring resonator uban sa conventional monopole antenna, usa ka ubos nga resonant frequency mode mao ang naghinam-hinam. Ang gidak-on sa split ring resonator gi-optimize aron makab-ot ang usa ka resonance nga hapit sa monopole antenna. Gipakita sa mga resulta nga kung ang duha nga mga resonance nagdungan, ang bandwidth ug radiation nga mga kinaiya sa antenna madugangan. Ang gitas-on ug gilapdon sa monopole antenna mao ang 0.25λ0 × 0.11λ0 ug 0.25λ0 × 0.21λ0 (4GHz), matag usa, ug ang gitas-on ug gilapdon sa monopole antenna nga puno sa split ring resonator mao ang 0.29λ0 × 0.21λ0 (2.9λ0 (2.9λ0) ), matag usa. Alang sa naandan nga F-shaped antenna ug T-shaped antenna nga walay split ring resonator, ang pinakataas nga ganansya ug radiation efficiency nga gisukod sa 5GHz band mao ang 3.6dBi - 78.5% ug 3.9dBi - 80.2%, matag usa. Alang sa antenna nga puno sa usa ka split ring resonator, kini nga mga parameter mao ang 4dBi - 81.2% ug 4.4dBi - 83%, matag usa, sa 6GHz band. Pinaagi sa pagpatuman sa usa ka split ring resonator isip usa ka matching load sa monopole antenna, ang 2.9GHz ~ 6.41GHz ug 2.6GHz ~ 6.6GHz bands mahimong suportahan, nga katumbas sa fractional bandwidths sa 75.4% ug ~87%, matag usa. Gipakita niini nga mga resulta nga ang bandwidth sa pagsukod gipauswag sa gibana-bana nga 2.4 ka beses ug 2.11 ka beses kumpara sa tradisyonal nga monopole antenna nga gibana-bana nga gitakda nga gidak-on.

Figure 7. Duha ka broadband antenna nga puno sa split-ring resonator.

Ingon sa gipakita sa Figure 8, gipakita ang mga resulta sa eksperimento sa compact nga giimprinta nga monopole antenna. Kung S11≤- 10 dB, ang operating bandwidth mao ang 185% (0.115-2.90 GHz), ug sa 1.45 GHz, ang peak gain ug radiation efficiency mao ang 2.35 dBi ug 78.8%, matag usa. Ang layout sa antenna susama sa back-to-back triangular sheet structure, nga gipakaon sa curvilinear power divider. Ang giputol nga GND naglangkob sa usa ka sentral nga stub nga gibutang sa ilawom sa feeder, ug upat ka bukas nga resonant nga mga singsing ang giapod-apod sa palibot niini, nga nagpalapad sa bandwidth sa antenna. Ang antenna nagdan-ag halos sa tanan nga direksyon, nga naglangkob sa kadaghanan sa mga VHF ug S nga mga banda, ug ang tanan nga mga UHF ug L nga mga banda. Ang pisikal nga gidak-on sa antenna mao ang 48.32 × 43.72 × 0.8 mm3, ug ang elektrikal nga gidak-on mao ang 0.235λ0 × 0.211λ0 × 0.003λ0. Kini adunay mga bentaha sa gamay nga gidak-on ug mubu nga gasto, ug adunay potensyal nga mga prospect sa aplikasyon sa broadband wireless nga mga sistema sa komunikasyon.

Figure 8: Monopole antenna nga puno sa split ring resonator.

Ang Figure 9 nagpakita sa usa ka planar antenna structure nga gilangkuban sa duha ka parisan sa interconnected meander wire loops nga gi-ground sa usa ka truncated T-shaped ground plane pinaagi sa duha ka vias. Ang gidak-on sa antenna mao ang 38.5 × 36.6 mm2 (0.070λ0 × 0.067λ0), diin ang λ0 mao ang libre nga wavelength sa wanang nga 0.55 GHz. Ang antenna nagdan-ag sa omnidirectionally sa E-eroplano sa operating frequency band nga 0.55 ~ 3.85 GHz, nga adunay labing taas nga ganansya nga 5.5dBi sa 2.35GHz ug usa ka kahusayan nga 90.1%. Kini nga mga bahin naghimo sa gisugyot nga antenna nga angay alang sa lainlaing mga aplikasyon, lakip ang UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi ug Bluetooth.

Fig. 9 Gisugyot nga planar antenna structure.

2. Leaky Wave Antenna (LWA)
Ang bag-ong leaky wave antenna mao ang usa sa mga nag-unang aplikasyon alang sa pagkaamgo sa artipisyal nga metamaterial TL. Para sa leaky wave antennas, ang epekto sa phase constant β sa radiation angle (θm) ug ang maximum beam width (Δθ) mao ang mosunod:

Ang L mao ang gitas-on sa antenna, ang k0 mao ang numero sa balud sa libre nga wanang, ug ang λ0 mao ang wavelength sa libre nga wanang. Timan-i nga ang radiation mahitabo lamang kung |β|

3. Zero-order resonator antenna
Usa ka talagsaon nga kabtangan sa CRLH metamaterial mao nga ang β mahimong 0 kung ang frequency dili katumbas sa zero. Base sa kini nga kabtangan, usa ka bag-ong zero-order resonator (ZOR) ang mahimo. Kung ang β zero, walay phase shift nga mahitabo sa tibuok resonator. Kini tungod kay ang phase shift constant φ = - βd = 0. Dugang pa, ang resonance nagdepende lamang sa reactive load ug independente sa gitas-on sa istruktura. Gipakita sa Figure 10 nga ang gisugyot nga antenna gihimo pinaagi sa paggamit sa duha ug tulo nga mga yunit nga adunay E-porma, ug ang kinatibuk-ang gidak-on mao ang 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 ug 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, diin ang wavelength nagrepresentar sa matag usa. sa libre nga luna sa pag-operate mga frequency nga 500 MHz ug 650 MHz, matag usa. Ang antenna naglihok sa mga frequency nga 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) ug 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz), nga adunay relatibong bandwidth nga 91.9% ug 96.0%. Gawas pa sa mga kinaiya sa gamay nga gidak-on ug lapad nga bandwidth, ang ganansya ug kahusayan sa una ug ikaduha nga antenna mao ang 5.3dBi ug 85% (1GHz) ug 5.7dBi ug 90% (1.4GHz), matag usa.

Fig. 10 Gisugyot nga doble-E ug triple-E nga mga istruktura sa antenna.

4. Slot Antenna
Usa ka yano nga pamaagi ang gisugyot aron mapadako ang aperture sa CRLH-MTM antenna, apan ang gidak-on sa antenna niini halos wala mausab. Ingon sa gipakita sa Figure 11, ang antenna naglakip sa CRLH nga mga yunit nga gipatong-patong sa usag usa, nga adunay mga patch ug meander nga mga linya, ug adunay usa ka S-shaped slot sa patch. Ang antenna gipakaon sa usa ka CPW matching stub, ug ang gidak-on niini 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, katumbas sa 0.204λ0 × 0.375λ0 × 0.018λ0, diin ang λ0 (3.5GHz) nagrepresentar sa wavelength sa libre nga luna. Ang mga resulta nagpakita nga ang antenna naglihok sa frequency band nga 0.85-7.90GHz, ug ang operating bandwidth niini mao ang 161.14%. Ang labing taas nga nakuha sa radyasyon ug kahusayan sa antenna makita sa 3.5GHz, nga 5.12dBi ug ~ 80%, matag usa.