बातम्या - मेटामटेरिअल्सवर आधारित ट्रान्समिशन लाइन अँटेनाचे पुनरावलोकन (भाग 2)

2. अँटेना सिस्टम्समध्ये MTM-TL चे ऍप्लिकेशन
हा विभाग कृत्रिम मेटामटेरिअल TLs आणि कमी किमतीत, सुलभ उत्पादन, लघुकरण, विस्तृत बँडविड्थ, उच्च लाभ आणि कार्यक्षमता, विस्तृत श्रेणी स्कॅनिंग क्षमता आणि कमी प्रोफाइलसह विविध अँटेना संरचना साकारण्यासाठी त्यांच्या काही सर्वात सामान्य आणि संबंधित अनुप्रयोगांवर लक्ष केंद्रित करेल. त्यांची खाली चर्चा केली आहे.

1. ब्रॉडबँड आणि मल्टी-फ्रिक्वेंसी अँटेना
l लांबीच्या ठराविक TL मध्ये, जेव्हा कोणीय वारंवारता ω0 दिली जाते, तेव्हा ट्रान्समिशन लाइनची विद्युत लांबी (किंवा फेज) खालीलप्रमाणे मोजली जाऊ शकते:

जेथे vp ट्रान्समिशन लाइनच्या फेज वेगाचे प्रतिनिधित्व करतो. वरीलवरून पाहिल्याप्रमाणे, बँडविड्थ समूह विलंबाशी जवळून जुळते, जे वारंवारता संदर्भात φ चे व्युत्पन्न आहे. त्यामुळे ट्रान्समिशन लाईनची लांबी जसजशी कमी होत जाते तसतशी बँडविड्थही रुंद होत जाते. दुसऱ्या शब्दांत, बँडविड्थ आणि ट्रान्समिशन लाइनच्या मूलभूत टप्प्यात एक व्यस्त संबंध आहे, जे डिझाइन विशिष्ट आहे. हे दर्शविते की पारंपारिक वितरित सर्किट्समध्ये, ऑपरेटिंग बँडविड्थ नियंत्रित करणे सोपे नाही. स्वातंत्र्याच्या अंशांच्या बाबतीत हे पारंपारिक ट्रान्समिशन लाइनच्या मर्यादांना कारणीभूत ठरू शकते. तथापि, लोडिंग घटक मेटामटेरियल TL मध्ये अतिरिक्त पॅरामीटर्स वापरण्याची परवानगी देतात आणि फेज प्रतिसाद एका विशिष्ट मर्यादेपर्यंत नियंत्रित केला जाऊ शकतो. बँडविड्थ वाढवण्यासाठी, फैलाव वैशिष्ट्यांच्या ऑपरेटिंग वारंवारता जवळ समान उतार असणे आवश्यक आहे. कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल हे लक्ष्य साध्य करू शकते. या दृष्टिकोनावर आधारित, अँटेनाची बँडविड्थ वाढवण्याच्या अनेक पद्धती पेपरमध्ये प्रस्तावित आहेत. विद्वानांनी स्प्लिट रिंग रेझोनेटर्सने लोड केलेले दोन ब्रॉडबँड अँटेना डिझाइन आणि तयार केले आहेत (आकृती 7 पहा). आकृती 7 मध्ये दर्शविलेले परिणाम दर्शविते की पारंपारिक मोनोपोल अँटेनासह स्प्लिट रिंग रेझोनेटर लोड केल्यानंतर, कमी रेझोनंट वारंवारता मोड उत्तेजित होतो. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरचा आकार मोनोपोल अँटेनाच्या जवळ अनुनाद प्राप्त करण्यासाठी ऑप्टिमाइझ केला जातो. परिणाम दर्शवितात की जेव्हा दोन अनुनाद 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 0.29λ0×0.21λz (29GHz) आहे. ), अनुक्रमे. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरशिवाय पारंपारिक F-आकाराच्या अँटेना आणि T-आकाराच्या अँटेनासाठी, 5GHz बँडमध्ये मोजली जाणारी सर्वोच्च वाढ आणि रेडिएशन कार्यक्षमता अनुक्रमे 3.6dBi - 78.5% आणि 3.9dBi - 80.2% आहे. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरसह लोड केलेल्या अँटेनासाठी, हे पॅरामीटर्स 6GHz बँडमध्ये अनुक्रमे 4dBi - 81.2% आणि 4.4dBi - 83% आहेत. मोनोपोल अँटेनावर जुळणारे लोड म्हणून स्प्लिट रिंग रेझोनेटर लागू करून, अनुक्रमे 75.4% आणि ~87% च्या फ्रॅक्शनल बँडविड्थशी संबंधित, 2.9GHz ~ 6.41GHz आणि 2.6GHz ~ 6.6GHz बँड समर्थित केले जाऊ शकतात. हे परिणाम दर्शवतात की मापन बँडविड्थ अंदाजे निश्चित आकाराच्या पारंपारिक मोनोपोल अँटेनाच्या तुलनेत अंदाजे 2.4 पट आणि 2.11 पट सुधारली आहे.

आकृती 7. स्प्लिट-रिंग रेझोनेटर्ससह लोड केलेले दोन ब्रॉडबँड अँटेना.

आकृती 8 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, कॉम्पॅक्ट मुद्रित मोनोपोल अँटेनाचे प्रायोगिक परिणाम दर्शविले आहेत. जेव्हा S11≤- 10 dB, 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. अँटेनाची मांडणी एका पाठीमागे त्रिकोणी शीटच्या संरचनेसारखी असते, जी वक्राकार पॉवर डिव्हायडरद्वारे दिली जाते. कापलेल्या GND मध्ये फीडरखाली मध्यवर्ती स्टब ठेवलेला असतो आणि त्याभोवती चार खुल्या रेझोनंट रिंग्स वितरीत केल्या जातात, ज्यामुळे अँटेनाची बँडविड्थ रुंद होते. अँटेना जवळजवळ सर्वदिशेने विकिरण करतो, बहुतेक VHF आणि S बँड आणि सर्व UHF आणि L बँड कव्हर करतो. अँटेनाचा भौतिक आकार 48.32×43.72×0.8 mm3 आहे आणि विद्युत आकार 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0 आहे. यात लहान आकाराचे आणि कमी किमतीचे फायदे आहेत आणि ब्रॉडबँड वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये संभाव्य अनुप्रयोगाची शक्यता आहे.

आकृती 8: स्प्लिट रिंग रेझोनेटरसह लोड केलेले मोनोपोल अँटेना.

आकृती 9 मध्ये प्लॅनर अँटेना स्ट्रक्चर दाखवले आहे ज्यामध्ये दोन जोड्या इंटरकनेक्टेड मिंडर वायर लूप आहेत ज्यामध्ये दोन मार्गांनी कापलेल्या T-आकाराच्या ग्राउंड प्लेनवर ग्राउंड केलेले आहे. अँटेना आकार 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0) आहे, जेथे λ0 ही 0.55 GHz ची मोकळी जागा तरंगलांबी आहे. अँटेना 0.55 ~ 3.85 GHz च्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये E-प्लेनमध्ये सर्वदिशात्मकपणे पसरते, 2.35GHz वर कमाल 5.5dBi आणि 90.1% कार्यक्षमतेसह. ही वैशिष्ट्ये प्रस्तावित अँटेना UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi आणि ब्लूटूथसह विविध अनुप्रयोगांसाठी योग्य बनवतात.

अंजीर. 9 प्रस्तावित प्लॅनर अँटेना रचना.

2. लीकी वेव्ह अँटेना (LWA)
कृत्रिम मेटामटेरिअल TL साकार करण्यासाठी नवीन लीकी वेव्ह अँटेना हे मुख्य ऍप्लिकेशन्सपैकी एक आहे. लीकी वेव्ह अँटेनासाठी, रेडिएशन कोन (θm) आणि कमाल बीम रुंदी (Δθ) वर फेज स्थिर β चा प्रभाव खालीलप्रमाणे आहे:

L ही अँटेना लांबी आहे, k0 ही मोकळ्या जागेत तरंग संख्या आहे आणि λ0 ही मोकळ्या जागेत तरंगलांबी आहे. लक्षात घ्या की रेडिएशन तेव्हाच होते जेव्हा |β|

3. शून्य-ऑर्डर रेझोनेटर अँटेना
सीआरएलएच मेटामटेरियलचा एक अद्वितीय गुणधर्म असा आहे की जेव्हा वारंवारता शून्याच्या समान नसते तेव्हा β 0 असू शकतो. या मालमत्तेवर आधारित, नवीन शून्य-ऑर्डर रेझोनेटर (ZOR) व्युत्पन्न केले जाऊ शकते. जेव्हा β शून्य असतो, तेव्हा संपूर्ण रेझोनेटरमध्ये फेज शिफ्ट होत नाही. याचे कारण असे की फेज शिफ्ट स्थिर φ = - βd = 0. याव्यतिरिक्त, अनुनाद केवळ प्रतिक्रियाशील भारावर अवलंबून असतो आणि संरचनेच्या लांबीपासून स्वतंत्र असतो. आकृती 10 दर्शविते की प्रस्तावित अँटेना दोन आणि तीन युनिट्स ई-आकारासह लागू करून तयार केला आहे आणि एकूण आकार 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 आणि 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 आहे, जेथे λng, λth लाट दर्शविते. कार्यरत असताना मोकळी जागा अनुक्रमे 500 MHz आणि 650 MHz च्या फ्रिक्वेन्सी. अँटेना 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) आणि 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) च्या फ्रिक्वेन्सीवर कार्यरत आहे, सापेक्ष बँडविड्थ 91.9% आणि 96.0% आहे. लहान आकाराच्या आणि रुंद बँडविड्थच्या वैशिष्ट्यांव्यतिरिक्त, पहिल्या आणि दुसऱ्या अँटेनाची वाढ आणि कार्यक्षमता अनुक्रमे 5.3dBi आणि 85% (1GHz) आणि 5.7dBi आणि 90% (1.4GHz) आहे.

अंजीर. 10 प्रस्तावित डबल-ई आणि ट्रिपल-ई अँटेना संरचना.

4. स्लॉट अँटेना
सीआरएलएच-एमटीएम अँटेनाचे छिद्र मोठे करण्यासाठी एक सोपी पद्धत प्रस्तावित केली गेली आहे, परंतु त्याच्या अँटेनाचा आकार जवळजवळ अपरिवर्तित आहे. आकृती 11 मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, अँटेनामध्ये एकमेकांवर उभ्या रचलेल्या CRLH युनिट्सचा समावेश आहे, ज्यामध्ये पॅच आणि मिंडर रेषा आहेत आणि पॅचवर एक S-आकाराचा स्लॉट आहे. अँटेनाला CPW जुळणाऱ्या स्टबद्वारे दिले जाते आणि त्याचा आकार 17.5 मिमी × 32.15 मिमी × 1.6 मिमी आहे, 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0 शी संबंधित आहे, जेथे λ0 (3.5GHz) मोकळ्या जागेची तरंगलांबी दर्शवते. परिणाम दर्शविते की अँटेना 0.85-7.90GHz च्या वारंवारता बँडमध्ये कार्य करते आणि त्याची ऑपरेटिंग बँडविड्थ 161.14% आहे. अँटेनाचा सर्वोच्च रेडिएशन लाभ आणि कार्यक्षमता 3.5GHz वर दिसून येते, जे अनुक्रमे 5.12dBi आणि ~80% आहेत.