बातम्या - मेटामटेरियलवर आधारित ट्रान्समिशन लाइन अँटेनाचा आढावा (भाग २)

२. अँटेना सिस्टीममध्ये MTM-TL चा वापर
हा विभाग कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल आणि कमी खर्चात, सुलभ उत्पादन, लघुकरण, विस्तृत बँडविड्थ, उच्च लाभ आणि कार्यक्षमता, विस्तृत श्रेणी स्कॅनिंग क्षमता आणि कमी प्रोफाइलसह विविध अँटेना संरचना साकार करण्यासाठी त्यांच्या काही सर्वात सामान्य आणि संबंधित अनुप्रयोगांवर लक्ष केंद्रित करेल. त्यांची चर्चा खाली केली आहे.

१. ब्रॉडबँड आणि मल्टी-फ्रिक्वेन्सी अँटेना
l लांबी असलेल्या सामान्य TL मध्ये, जेव्हा कोनीय वारंवारता ω0 दिली जाते, तेव्हा ट्रान्समिशन लाइनची विद्युत लांबी (किंवा टप्पा) खालीलप्रमाणे मोजता येते:

जिथे vp हा ट्रान्समिशन लाईनचा फेज वेग दर्शवतो. वरीलवरून दिसून येते की, बँडविड्थ ग्रुप डिलेशी जवळून जुळते, जो फ्रिक्वेन्सीच्या बाबतीत φ चे व्युत्पन्न आहे. म्हणून, ट्रान्समिशन लाईनची लांबी कमी होत असताना, बँडविड्थ देखील रुंद होते. दुसऱ्या शब्दांत, बँडविड्थ आणि ट्रान्समिशन लाईनच्या मूलभूत टप्प्यामध्ये एक व्यस्त संबंध असतो, जो डिझाइन विशिष्ट असतो. हे दर्शविते की पारंपारिक वितरित सर्किट्समध्ये, ऑपरेटिंग बँडविड्थ नियंत्रित करणे सोपे नाही. स्वातंत्र्याच्या अंशांच्या बाबतीत पारंपारिक ट्रान्समिशन लाईन्सच्या मर्यादांमुळे हे होऊ शकते. तथापि, लोडिंग एलिमेंट्स मेटामटेरियल TL मध्ये अतिरिक्त पॅरामीटर्स वापरण्याची परवानगी देतात आणि फेज रिस्पॉन्स एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंत नियंत्रित केला जाऊ शकतो. बँडविड्थ वाढवण्यासाठी, डिस्पर्शन वैशिष्ट्यांच्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीजवळ समान उतार असणे आवश्यक आहे. कृत्रिम मेटामटेरियल TL हे ध्येय साध्य करू शकते. या दृष्टिकोनावर आधारित, पेपरमध्ये अँटेनाची बँडविड्थ वाढवण्याच्या अनेक पद्धती प्रस्तावित आहेत. विद्वानांनी स्प्लिट रिंग रेझोनेटरने लोड केलेले दोन ब्रॉडबँड अँटेना डिझाइन आणि तयार केले आहेत (आकृती 7 पहा). आकृती ७ मध्ये दाखवलेल्या निकालांवरून असे दिसून येते की पारंपारिक मोनोपोल अँटेनासह स्प्लिट रिंग रेझोनेटर लोड केल्यानंतर, कमी रेझोनंट फ्रिक्वेन्सी मोड उत्तेजित होतो. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरचा आकार मोनोपोल अँटेनाच्या जवळ रेझोनन्स मिळविण्यासाठी ऑप्टिमाइझ केला जातो. निकालांवरून असे दिसून येते की जेव्हा दोन रेझोनन्स जुळतात तेव्हा अँटेनाची बँडविड्थ आणि रेडिएशन वैशिष्ट्ये वाढतात. मोनोपोल अँटेनाची लांबी आणि रुंदी अनुक्रमे 0.25λ0×0.11λ0 आणि 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz) आहे आणि स्प्लिट रिंग रेझोनेटरने लोड केलेल्या मोनोपोल अँटेनाची लांबी आणि रुंदी अनुक्रमे 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz) आहे. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरशिवाय पारंपारिक F-आकाराच्या अँटेना आणि T-आकाराच्या अँटेनासाठी, 5GHz बँडमध्ये मोजले जाणारे सर्वोच्च लाभ आणि रेडिएशन कार्यक्षमता अनुक्रमे 3.6dBi - 78.5% आणि 3.9dBi - 80.2% आहे. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरने लोड केलेल्या अँटेनासाठी, 6GHz बँडमध्ये हे पॅरामीटर्स अनुक्रमे 4dBi - 81.2% आणि 4.4dBi - 83% आहेत. मोनोपोल अँटेनावर जुळणारे लोड म्हणून स्प्लिट रिंग रेझोनेटर लागू करून, 2.9GHz ~ 6.41GHz आणि 2.6GHz ~ 6.6GHz बँड समर्थित केले जाऊ शकतात, जे अनुक्रमे 75.4% आणि ~87% च्या फ्रॅक्शनल बँडविड्थशी संबंधित आहेत. हे परिणाम दर्शवितात की अंदाजे निश्चित आकाराच्या पारंपारिक मोनोपोल अँटेनाच्या तुलनेत मापन बँडविड्थ अंदाजे 2.4 पट आणि 2.11 पट सुधारली आहे.

आकृती ७. स्प्लिट-रिंग रेझोनेटरने भरलेले दोन ब्रॉडबँड अँटेना.

आकृती ८ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, कॉम्पॅक्ट प्रिंटेड मोनोपोल अँटेनाचे प्रायोगिक परिणाम दाखवले आहेत. जेव्हा S11≤- 10 dB असते, तेव्हा ऑपरेटिंग बँडविड्थ 185% (0.115-2.90 GHz) असते आणि 1.45 GHz वर, पीक गेन आणि रेडिएशन कार्यक्षमता अनुक्रमे 2.35 dBi आणि 78.8% असते. अँटेनाचा लेआउट एका बॅक-टू-बॅक त्रिकोणी शीट स्ट्रक्चरसारखा असतो, जो वक्र पॉवर डिव्हायडरद्वारे फीड केला जातो. ट्रंकेटेड GND मध्ये फीडरखाली ठेवलेला एक मध्यवर्ती स्टब असतो आणि त्याभोवती चार ओपन रेझोनंट रिंग्ज वितरीत केल्या जातात, ज्यामुळे अँटेनाची बँडविड्थ रुंद होते. अँटेना जवळजवळ सर्वदिशात्मकपणे विकिरण करतो, बहुतेक VHF आणि S बँड आणि सर्व UHF आणि L बँड व्यापतो. अँटेनाचा भौतिक आकार ४८.३२×४३.७२×०.८ मिमी३ आहे आणि विद्युत आकार ०.२३५λ०×०.२११λ०×०.००३λ० आहे. त्याचे लहान आकार आणि कमी किमतीचे फायदे आहेत आणि ब्रॉडबँड वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये संभाव्य अनुप्रयोग संभावना आहेत.

आकृती ८: स्प्लिट रिंग रेझोनेटरने भरलेला मोनोपोल अँटेना.

आकृती ९ मध्ये दोन जोड्या एकमेकांशी जोडलेल्या वळणावळणाच्या वायर लूपचा समावेश असलेली एक प्लॅनर अँटेना रचना दाखवली आहे जी दोन वायांमधून कापलेल्या T-आकाराच्या ग्राउंड प्लेनवर ग्राउंड केली आहे. अँटेनाचा आकार 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0) आहे, जिथे λ0 ही 0.55 GHz ची मोकळी जागा तरंगलांबी आहे. अँटेना 0.55 ~ 3.85 GHz च्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये E-प्लेनमध्ये सर्वदिशात्मकपणे विकिरण करतो, 2.35GHz वर 5.5dBi चा कमाल फायदा आणि 90.1% कार्यक्षमता. ही वैशिष्ट्ये प्रस्तावित अँटेना UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi आणि Bluetooth यासह विविध अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनवतात.

आकृती ९ प्रस्तावित प्लॅनर अँटेना रचना.

२. गळती वेव्ह अँटेना (LWA)
नवीन लीकी वेव्ह अँटेना हा कृत्रिम मेटामटेरियल TL साकार करण्यासाठी मुख्य अनुप्रयोगांपैकी एक आहे. लीकी वेव्ह अँटेनासाठी, फेज स्थिरांक β चा रेडिएशन अँगल (θm) आणि कमाल बीम रुंदी (Δθ) वर होणारा परिणाम खालीलप्रमाणे आहे:

L ही अँटेनाची लांबी आहे, k0 ही मोकळ्या जागेतील तरंग संख्या आहे आणि λ0 ही मोकळ्या जागेतील तरंगलांबी आहे. लक्षात ठेवा की रेडिएशन फक्त तेव्हाच होते जेव्हा |β|

३. शून्य-क्रम रेझोनेटर अँटेना
CRLH मेटामटेरियलचा एक अद्वितीय गुणधर्म म्हणजे जेव्हा वारंवारता शून्याइतकी नसते तेव्हा β 0 असू शकते. या गुणधर्माच्या आधारे, एक नवीन शून्य-क्रम रेझोनेटर (ZOR) तयार केला जाऊ शकतो. जेव्हा β शून्य असते तेव्हा संपूर्ण रेझोनेटरमध्ये कोणताही फेज शिफ्ट होत नाही. याचे कारण फेज शिफ्ट स्थिरांक φ = - βd = 0. याव्यतिरिक्त, रेझोनेन्स केवळ प्रतिक्रियाशील भारावर अवलंबून असतो आणि संरचनेच्या लांबीपेक्षा स्वतंत्र असतो. आकृती 10 दर्शविते की प्रस्तावित अँटेना E-आकारासह दोन आणि तीन युनिट्स लागू करून तयार केला आहे आणि एकूण आकार अनुक्रमे 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 आणि 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 आहे, जिथे λ0 अनुक्रमे 500 MHz आणि 650 MHz च्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीवर मोकळ्या जागेची तरंगलांबी दर्शवते. हा अँटेना ०.५-१.३५ GHz (०.८५ GHz) आणि ०.६५-१.८५ GHz (१.२ GHz) च्या फ्रिक्वेन्सीवर चालतो, ज्याची सापेक्ष बँडविड्थ ९१.९% आणि ९६.०% आहे. लहान आकार आणि रुंद बँडविड्थच्या वैशिष्ट्यांव्यतिरिक्त, पहिल्या आणि दुसऱ्या अँटेनाचा फायदा आणि कार्यक्षमता अनुक्रमे ५.३dBi आणि ८५% (१GHz) आणि ५.७dBi आणि ९०% (१.४GHz) आहे.

आकृती १० प्रस्तावित डबल-ई आणि ट्रिपल-ई अँटेना संरचना.

४. स्लॉट अँटेना
CRLH-MTM अँटेनाचे छिद्र वाढवण्यासाठी एक सोपी पद्धत प्रस्तावित करण्यात आली आहे, परंतु त्याचा अँटेनाचा आकार जवळजवळ बदललेला नाही. आकृती ११ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, अँटेनामध्ये एकमेकांवर उभ्या रचलेल्या CRLH युनिट्सचा समावेश आहे, ज्यामध्ये पॅचेस आणि वळणावळणाच्या रेषा आहेत आणि पॅचवर S-आकाराचा स्लॉट आहे. अँटेना CPW जुळणाऱ्या स्टबद्वारे पुरवला जातो आणि त्याचा आकार १७.५ मिमी × ३२.१५ मिमी × १.६ मिमी आहे, जो ०.२०४λ०×०.३७५λ०×०.०१८λ० शी संबंधित आहे, जिथे λ० (३.५GHz) मोकळ्या जागेच्या तरंगलांबी दर्शवते. परिणाम दर्शवितात की अँटेना ०.८५-७.९०GHz च्या फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये कार्य करतो आणि त्याची ऑपरेटिंग बँडविड्थ १६१.१४% आहे. अँटेनाचा सर्वाधिक रेडिएशन गेन आणि कार्यक्षमता ३.५GHz वर दिसून येते, जे अनुक्रमे ५.१२dBi आणि ~८०% आहे.