I. Pasiuna
Ang mga fractal mga butang sa matematika nga nagpakita og mga kabtangan nga parehas sa kaugalingon sa lainlaing mga sukod. Kini nagpasabut nga kung imong i-zoom in/out ang usa ka fractal nga porma, ang matag usa sa mga bahin niini tan-awon nga parehas kaayo sa tibuuk; kana mao, ang parehas nga mga geometric nga sumbanan o istruktura gisubli sa lainlaing mga lebel sa pagpadako (tan-awa ang mga pananglitan sa fractal sa Figure 1). Kadaghanan sa mga fractal adunay komplikado, detalyado, ug walay katapusan nga komplikado nga mga porma.
hulagway 1
Ang konsepto sa mga fractal gipaila sa matematiko nga si Benoit B. Mandelbrot niadtong dekada 1970, bisan tuod ang sinugdanan sa fractal geometry masubay balik sa naunang mga buhat sa daghang mga matematiko, sama nila ni Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915), Julia (1918), Fatou (1926), ug Richardson (1953).
Gitun-an ni Benoit B. Mandelbrot ang relasyon tali sa mga fractal ug kinaiyahan pinaagi sa pagpaila sa mga bag-ong klase sa fractal aron masundog ang mas komplikado nga mga istruktura, sama sa mga kahoy, bukid, ug mga baybayon. Iyang gimugna ang pulong nga "fractal" gikan sa Latin nga adhetibo nga "fractus", nga nagpasabut nga "nabuak" o "nabali", ie gilangkoban sa nabuak o dili regular nga mga piraso, aron ihulagway ang dili regular ug nabahin-bahin nga mga geometric nga porma nga dili maklasipikar sa tradisyonal nga Euclidean geometry. Dugang pa, nagpalambo siya og mga modelo sa matematika ug mga algorithm alang sa pagmugna ug pagtuon sa mga fractal, nga misangpot sa paghimo sa bantog nga Mandelbrot set, nga tingali mao ang labing bantog ug biswal nga makapaikag nga porma sa fractal nga adunay komplikado ug walay katapusan nga balik-balik nga mga sumbanan (tan-awa ang Figure 1d).
Ang trabaho ni Mandelbrot dili lang nakahatag og epekto sa matematika, apan aduna usab kini mga aplikasyon sa nagkalain-laing natad sama sa pisika, computer graphics, biology, ekonomiya, ug arte. Sa tinuod lang, tungod sa ilang abilidad sa pagmodelo ug pagrepresentar sa komplikado ug susama sa kaugalingon nga mga istruktura, ang mga fractal adunay daghang mga bag-ong aplikasyon sa nagkalain-laing natad. Pananglitan, kini kaylap nga gigamit sa mosunod nga mga lugar sa aplikasyon, nga pipila lamang ka mga pananglitan sa ilang halapad nga aplikasyon:
1. Mga computer graphics ug animation, nga makamugna og realistiko ug biswal nga madanihon nga natural nga mga talan-awon, mga kahoy, mga panganod, ug mga tekstura;
2. Teknolohiya sa pag-compress sa datos aron makunhuran ang gidak-on sa mga digital nga file;
3. Pagproseso sa imahe ug signal, pagkuha sa mga bahin gikan sa mga imahe, pag-ila sa mga sumbanan, ug paghatag og epektibo nga mga pamaagi sa pag-compress ug pagtukod pag-usab sa imahe;
4. Biyolohiya, nga naghulagway sa pagtubo sa mga tanom ug sa organisasyon sa mga neuron sa utok;
5. Teorya sa antenna ug mga metamaterial, pagdisenyo sa mga compact/multi-band antenna ug mga inobatibong metasurface.
Sa pagkakaron, ang fractal geometry padayon nga nakakaplag og bag-o ug inobatibong gamit sa nagkalain-laing siyentipiko, artistiko, ug teknolohikal nga mga disiplina.
Sa teknolohiya sa electromagnetic (EM), ang mga porma sa fractal mapuslanon kaayo alang sa mga aplikasyon nga nanginahanglan og miniaturization, gikan sa mga antenna hangtod sa mga metamaterial ug frequency selective surfaces (FSS). Ang paggamit sa fractal geometry sa naandan nga mga antenna makadugang sa ilang electrical length, sa ingon makunhuran ang kinatibuk-ang gidak-on sa resonant structure. Dugang pa, ang self-similar nga kinaiya sa mga porma sa fractal naghimo kanila nga sulundon alang sa paghimo sa multi-band o broadband resonant structures. Ang kinaiyanhon nga mga kapabilidad sa miniaturization sa mga fractal labi ka madanihon alang sa pagdesinyo sa mga reflectarray, phased array antenna, metamaterial absorbers ug metasurfaces alang sa lainlaing mga aplikasyon. Sa tinuud, ang paggamit sa gagmay kaayo nga mga elemento sa array mahimong magdala daghang mga bentaha, sama sa pagkunhod sa mutual coupling o ang abilidad sa pagtrabaho sa mga array nga adunay gamay kaayo nga element spacing, sa ingon masiguro ang maayo nga performance sa pag-scan ug mas taas nga lebel sa angular stability.
Tungod sa mga hinungdan nga nahisgotan sa ibabaw, ang fractal antennas ug metasurfaces nagrepresentar sa duha ka makapaikag nga mga lugar sa panukiduki sa natad sa electromagnetics nga nakadani sa daghang atensyon sa bag-ohay nga mga tuig. Ang duha ka konsepto nagtanyag og talagsaon nga mga paagi sa pagmaniobra ug pagkontrol sa mga electromagnetic waves, nga adunay daghang mga aplikasyon sa wireless nga komunikasyon, mga sistema sa radar ug sensing. Ang ilang mga kabtangan nga parehas sa kaugalingon nagtugot kanila nga gamay ang gidak-on samtang gipadayon ang maayo kaayo nga tubag sa electromagnetic. Kini nga pagkakomplikado labi ka mapuslanon sa mga aplikasyon nga limitado sa wanang, sama sa mga mobile device, RFID tag, ug mga sistema sa aerospace.
Ang paggamit sa fractal antennas ug metasurfaces adunay potensyal nga makapauswag pag-ayo sa wireless communications, imaging, ug radar systems, tungod kay kini makapahimo sa mga compact, high-performance devices nga adunay gipauswag nga functionality. Dugang pa, ang fractal geometry nagkadaghan nga gigamit sa disenyo sa microwave sensors para sa material diagnostics, tungod sa abilidad niini nga mo-operate sa daghang frequency bands ug sa abilidad niini nga mahimong miniaturized. Ang nagpadayon nga panukiduki niining mga dapita nagpadayon sa pagsuhid sa bag-ong mga disenyo, materyales, ug mga teknik sa paggama aron matuman ang ilang hingpit nga potensyal.
Kini nga papel nagtumong sa pagrepaso sa pag-uswag sa panukiduki ug aplikasyon sa mga fractal antenna ug metasurface ug pagtandi sa kasamtangang mga fractal-based antenna ug metasurface, nga nagpasiugda sa ilang mga bentaha ug limitasyon. Sa katapusan, usa ka komprehensibo nga pag-analisar sa mga inobatibong reflectarray ug metamaterial unit ang gipresentar, ug ang mga hagit ug umaabot nga mga kalamboan niining mga electromagnetic structure ang gihisgutan.
2. FractalAntenaMga Elemento
Ang kinatibuk-ang konsepto sa mga fractal magamit sa pagdesinyo og mga exotic antenna elements nga makahatag og mas maayong performance kay sa conventional antennas. Ang mga fractal antenna elements mahimong gamay ra ang gidak-on ug adunay multi-band ug/o broadband nga kapabilidad.
Ang disenyo sa mga fractal antenna naglambigit sa pagsubli sa piho nga mga geometric pattern sa lainlaing mga sukod sulod sa istruktura sa antenna. Kini nga parehas nga sumbanan nagtugot kanato sa pagdugang sa kinatibuk-ang gitas-on sa antenna sulod sa usa ka limitado nga pisikal nga wanang. Dugang pa, ang mga fractal radiator makab-ot ang daghang mga banda tungod kay ang lainlaing mga bahin sa antenna parehas sa usag usa sa lainlaing mga sukod. Busa, ang mga elemento sa fractal antenna mahimong compact ug multi-band, nga naghatag usa ka mas lapad nga sakup sa frequency kaysa sa naandan nga mga antenna.
Ang konsepto sa fractal antennas masubay balik sa ulahing bahin sa dekada 1980. Niadtong 1986, gipakita nila ni Kim ug Jaggard ang aplikasyon sa fractal self-similarity sa antenna array synthesis.
Niadtong 1988, ang pisiko nga si Nathan Cohen nagtukod sa unang fractal element antenna sa kalibutan. Iyang gisugyot nga pinaagi sa paglakip sa self-similar geometry sa istruktura sa antenna, ang performance ug miniaturization capabilities niini mapauswag. Niadtong 1995, si Cohen mitukod sa Fractal Antenna Systems Inc., nga nagsugod sa paghatag sa unang komersyal nga fractal-based antenna solutions sa kalibutan.
Sa tunga-tunga sa dekada 1990, gipakita ni Puente et al. ang multi-band nga kapabilidad sa mga fractal gamit ang monopole ug dipole ni Sierpinski.
Sukad sa trabaho nila ni Cohen ug Puente, ang kinaiyanhong mga bentaha sa fractal antenna nakadani og dakong interes gikan sa mga tigdukiduki ug mga inhenyero sa natad sa telekomunikasyon, nga misangpot sa dugang nga eksplorasyon ug pag-uswag sa teknolohiya sa fractal antenna.
Karon, ang mga fractal antenna kaylap nga gigamit sa mga wireless communication system, lakip ang mga mobile phone, Wi-Fi router, ug satellite communication. Sa tinuud, ang mga fractal antenna gagmay, multi-band, ug episyente kaayo, nga naghimo niini nga angay alang sa lainlaing mga wireless device ug network.
Ang mosunod nga mga hulagway nagpakita sa pipila ka fractal antenna nga gibase sa ilado nga mga porma sa fractal, nga pipila lamang ka mga pananglitan sa lainlaing mga konfigurasyon nga gihisgutan sa literatura.
Sa espesipiko, ang Figure 2a nagpakita sa Sierpinski monopole nga gisugyot sa Puente, nga makahimo sa paghatag og multi-band operation. Ang Sierpinski triangle giporma pinaagi sa pag-iban sa central inverted triangle gikan sa main triangle, sama sa gipakita sa Figure 1b ug Figure 2a. Kini nga proseso nagbilin og tulo ka managsama nga triangle sa istruktura, ang matag usa adunay gitas-on sa kilid nga katunga sa sa starting triangle (tan-awa ang Figure 1b). Ang parehas nga pamaagi sa pag-iban mahimong balikon alang sa nahabilin nga mga triangle. Busa, ang matag usa sa tulo ka pangunang bahin niini eksaktong katumbas sa tibuok nga butang, apan sa doble nga proporsyon, ug uban pa. Tungod niining espesyal nga pagkaparehas, ang Sierpinski makahatag og daghang frequency bands tungod kay ang lain-laing mga bahin sa antenna parehas sa usag usa sa lain-laing mga sukod. Sama sa gipakita sa Figure 2, ang gisugyot nga Sierpinski monopole naglihok sa 5 ka banda. Makita nga ang matag usa sa lima ka sub-gaskets (circle structures) sa Figure 2a usa ka scaled nga bersyon sa tibuok nga istruktura, sa ingon naghatag og lima ka lain-laing operating frequency bands, sama sa gipakita sa input reflection coefficient sa Figure 2b. Ang hulagway nagpakita usab sa mga parametro nga may kalabutan sa matag frequency band, lakip ang frequency value nga fn (1 ≤ n ≤ 5) sa minimum nga bili sa gisukod nga input return loss (Lr), ang relatibong bandwidth (Bwidth), ug ang frequency ratio tali sa duha ka magkatapad nga frequency band (δ = fn +1/fn). Ang Figure 2b nagpakita nga ang mga banda sa Sierpinski monopole logarithmically periodically spaced sa usa ka factor nga 2 (δ ≅ 2), nga katumbas sa parehas nga scaling factor nga anaa sa parehas nga mga istruktura sa fractal nga porma.
hulagway 2
Ang Figure 3a nagpakita sa usa ka gamay ug taas nga wire antenna nga gibase sa Koch fractal curve. Kini nga antenna gisugyot aron ipakita kung giunsa pagpahimulos ang mga kabtangan sa pagpuno sa wanang sa mga fractal nga porma aron magdesinyo sa gagmay nga mga antenna. Sa tinuud, ang pagkunhod sa gidak-on sa mga antenna mao ang katapusang tumong sa daghang mga aplikasyon, labi na kadtong naglambigit sa mga mobile terminal. Ang Koch monopole gihimo gamit ang fractal construction method nga gipakita sa Figure 3a. Ang inisyal nga iteration nga K0 usa ka tul-id nga monopole. Ang sunod nga iteration nga K1 nakuha pinaagi sa pag-apply sa usa ka similarity transformation sa K0, lakip ang scaling sa usa ka ikatulo ug pagtuyok sa 0°, 60°, −60°, ug 0°, matag usa. Kini nga proseso gisubli nga iterative aron makuha ang sunod nga mga elemento nga Ki (2 ≤ i ≤ 5). Ang Figure 3a nagpakita sa usa ka lima ka iteration nga bersyon sa Koch monopole (ie, K5) nga adunay gitas-on nga h nga katumbas sa 6 cm, apan ang kinatibuk-ang gitas-on gihatag sa pormula nga l = h ·(4/3) 5 = 25.3 cm. Lima ka antenna nga katumbas sa unang lima ka iterasyon sa Koch curve ang natuman (tan-awa ang Figure 3a). Ang mga eksperimento ug datos nagpakita nga ang Koch fractal monopole makapauswag sa performance sa tradisyonal nga monopole (tan-awa ang Figure 3b). Kini nagsugyot nga posible nga "paminusan" ang mga fractal antenna, nga magtugot kanila nga mohaom sa mas gagmay nga mga volume samtang gipadayon ang episyente nga performance.
hulagway 3
Ang Figure 4a nagpakita sa usa ka fractal antenna nga gibase sa usa ka Cantor set, nga gigamit sa pagdesinyo sa usa ka wideband antenna alang sa mga aplikasyon sa pag-ani sa enerhiya. Ang talagsaon nga kabtangan sa fractal antenna nga nagpaila sa daghang kasikbit nga mga resonance gigamit aron makahatag og mas lapad nga bandwidth kaysa sa naandan nga mga antenna. Sama sa gipakita sa Figure 1a, ang disenyo sa Cantor fractal set yano ra kaayo: ang inisyal nga tul-id nga linya gikopya ug gibahin sa tulo ka managsama nga mga bahin, diin ang sentro nga bahin gikuha; ang parehas nga proseso gipadapat dayon sa bag-ong nahimo nga mga bahin. Ang mga lakang sa fractal iteration gisubli hangtod nga makab-ot ang bandwidth sa antenna (BW) nga 0.8–2.2 GHz (ie, 98% BW). Ang Figure 4 nagpakita sa usa ka litrato sa natuman nga prototype sa antenna (Figure 4a) ug ang input reflection coefficient niini (Figure 4b).
hulagway 4
Ang Figure 5 naghatag ug dugang mga ehemplo sa fractal antennas, lakip ang usa ka Hilbert curve-based monopole antenna, usa ka Mandelbrot-based microstrip patch antenna, ug usa ka Koch island (o “snowflake”) fractal patch.
hulagway 5
Sa katapusan, ang Figure 6 nagpakita sa lain-laing fractal arrangement sa array elements, lakip ang Sierpinski carpet planar arrays, Cantor ring arrays, Cantor linear arrays, ug fractal trees. Kini nga mga arrangement mapuslanon alang sa pagmugna og sparse arrays ug/o pagkab-ot sa multi-band performance.
hulagway 6
Para sa dugang impormasyon bahin sa mga antenna, bisitaha ang:
Oras sa pag-post: Hulyo-26-2024
