२. अँटेना प्रणालीमध्ये एमटीएम-टीएलचा वापर
या विभागात कृत्रिम मेटाटेरिअल टीएल (TLs) आणि कमी खर्च, सुलभ उत्पादन, लघुकरण, विस्तृत बँडविड्थ, उच्च गेन आणि कार्यक्षमता, विस्तृत श्रेणी स्कॅनिंग क्षमता आणि कमी प्रोफाइल यांसारख्या वैशिष्ट्यांसह विविध अँटेना संरचना साकारण्यासाठी त्यांच्या काही सर्वात सामान्य आणि संबंधित उपयोगांवर लक्ष केंद्रित केले जाईल. त्यांची चर्चा खाली केली आहे.
१. ब्रॉडबँड आणि बहु-फ्रिक्वेन्सी अँटेना
l लांबीच्या एका सामान्य TL मध्ये, जेव्हा कोनीय वारंवारता ω0 दिलेली असते, तेव्हा ट्रान्समिशन लाइनची विद्युत लांबी (किंवा फेज) खालीलप्रमाणे मोजता येते:
येथे vp हे ट्रान्समिशन लाइनचा फेज वेग दर्शवते. वरील विवेचनावरून असे दिसून येते की, बँडविड्थ ही ग्रुप डिलेशी जवळून संबंधित आहे, जो फ्रिक्वेन्सीच्या संदर्भात φ चा डेरिव्हेटिव्ह आहे. त्यामुळे, ट्रान्समिशन लाइनची लांबी जसजशी कमी होते, तसतशी बँडविड्थ देखील रुंद होते. दुसऱ्या शब्दांत सांगायचे झाल्यास, बँडविड्थ आणि ट्रान्समिशन लाइनच्या फंडामेंटल फेजमध्ये व्यस्त संबंध आहे, जो डिझाइनवर अवलंबून असतो. यावरून असे दिसून येते की पारंपरिक डिस्ट्रिब्युटेड सर्किट्समध्ये, ऑपरेटिंग बँडविड्थ नियंत्रित करणे सोपे नसते. याचे कारण पारंपरिक ट्रान्समिशन लाइन्सच्या डिग्री ऑफ फ्रीडमच्या मर्यादा असू शकतात. तथापि, लोडिंग एलिमेंट्समुळे मेटामटेरियल टीएलमध्ये अतिरिक्त पॅरामीटर्स वापरता येतात आणि फेज रिस्पॉन्स काही प्रमाणात नियंत्रित केला जाऊ शकतो. बँडविड्थ वाढवण्यासाठी, ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीजवळ डिस्पर्शन कॅरॅक्टरिस्टिक्सचा स्लोप समान असणे आवश्यक आहे. आर्टिफिशियल मेटामटेरियल टीएल हे उद्दिष्ट साध्य करू शकते. या दृष्टिकोनावर आधारित, या शोधनिबंधात अँटेनाची बँडविड्थ वाढवण्यासाठी अनेक पद्धती प्रस्तावित केल्या आहेत. अभ्यासकांनी स्प्लिट रिंग रेझोनेटरने लोड केलेले दोन ब्रॉडबँड अँटेना डिझाइन आणि फॅब्रिकेट केले आहेत (आकृती ७ पहा). आकृती ७ मध्ये दर्शविलेले परिणाम असे दाखवतात की, पारंपरिक मोनोपोल अँटेनावर स्प्लिट रिंग रेझोनेटर लावल्यानंतर, कमी अनुनाद वारंवारतेचा मोड उत्तेजित होतो. मोनोपोल अँटेनाच्या अनुनादाच्या जवळचा अनुनाद साधण्यासाठी स्प्लिट रिंग रेझोनेटरचा आकार अनुकूलित केला जातो. परिणाम असे दाखवतात की, जेव्हा दोन्ही अनुनाद जुळतात, तेव्हा अँटेनाची बँडविड्थ आणि रेडिएशन वैशिष्ट्ये वाढतात. मोनोपोल अँटेनाची लांबी आणि रुंदी अनुक्रमे ०.२५λ०×०.११λ० आणि ०.२५λ०×०.२१λ० (४GHz) आहे, आणि स्प्लिट रिंग रेझोनेटर लावलेल्या मोनोपोल अँटेनाची लांबी आणि रुंदी अनुक्रमे ०.२९λ०×०.२१λ० (२.९GHz) आहे. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरशिवाय असलेल्या पारंपरिक F-आकाराच्या अँटेना आणि T-आकाराच्या अँटेनासाठी, ५GHz बँडमध्ये मोजलेला सर्वोच्च गेन आणि रेडिएशन कार्यक्षमता अनुक्रमे ३.६dBi - ७८.५% आणि ३.९dBi - ८०.२% आहे. स्प्लिट रिंग रेझोनेटरने लोड केलेल्या अँटेनासाठी, 6GHz बँडमध्ये हे पॅरामीटर्स अनुक्रमे 4dBi - 81.2% आणि 4.4dBi - 83% आहेत. मोनोपोल अँटेनावर मॅचिंग लोड म्हणून स्प्लिट रिंग रेझोनेटर वापरल्याने, 2.9GHz ~ 6.41GHz आणि 2.6GHz ~ 6.6GHz बँड्सना सपोर्ट करता येतो, ज्यामुळे अनुक्रमे 75.4% आणि ~87% फ्रॅक्शनल बँडविड्थ मिळते. या परिणामांमधून असे दिसून येते की, साधारणपणे स्थिर आकाराच्या पारंपरिक मोनोपोल अँटेनाच्या तुलनेत मोजमाप बँडविड्थमध्ये अंदाजे 2.4 पट आणि 2.11 पटींनी सुधारणा झाली आहे.
आकृती ७. स्प्लिट-रिंग रेझोनेटरने भारित केलेले दोन ब्रॉडबँड अँटेना.
आकृती ८ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, कॉम्पॅक्ट प्रिंटेड मोनोपोल अँटेनाचे प्रायोगिक परिणाम दर्शविले आहेत. जेव्हा S11≤- 10 dB असते, तेव्हा ऑपरेटिंग बँडविड्थ १८५% (०.११५-२.९० GHz) असते, आणि १.४५ GHz वर, पीक गेन आणि रेडिएशन एफिशियन्सी अनुक्रमे २.३५ dBi आणि ७८.८% आहेत. अँटेनाची रचना बॅक-टू-बॅक त्रिकोणी शीट स्ट्रक्चरसारखी आहे, ज्याला कर्विलीनियर पॉवर डिव्हायडरद्वारे फीड केले जाते. ट्रंकेटेड GND मध्ये फीडरच्या खाली ठेवलेला एक मध्यवर्ती स्टब असतो, आणि त्याच्या भोवती चार ओपन रेझोनंट रिंग्स वितरीत केलेल्या असतात, ज्यामुळे अँटेनाची बँडविड्थ वाढते. अँटेना जवळजवळ सर्वदिशात्मकपणे रेडिएट करतो, जो बहुतेक VHF आणि S बँड्स, आणि संपूर्ण UHF आणि L बँड्स कव्हर करतो. अँटेनाचा भौतिक आकार ४८.३२×४३.७२×०.८ मिमी³ आहे आणि विद्युत आकार ०.२३५λ०×०.२११λ०×०.००३λ० आहे. याचे फायदे म्हणजे लहान आकार आणि कमी किंमत, तसेच ब्रॉडबँड वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीममध्ये याला संभाव्य उपयोगाची शक्यता आहे.
आकृती ८: स्प्लिट रिंग रेझोनेटरने भारित केलेला मोनोपोल अँटेना.
आकृती ९ मध्ये एक समतल अँटेना संरचना दर्शविली आहे, ज्यात एकमेकांशी जोडलेल्या मीअँडर वायर लूपच्या दोन जोड्या आहेत आणि त्या दोन व्हियाद्वारे एका कापलेल्या टी-आकाराच्या ग्राउंड प्लेनला ग्राउंड केलेल्या आहेत. अँटेनाचा आकार ३८.५×३६.६ मिमी² (०.०७०λ₀×०.०६७λ₀) आहे, जिथे λ₀ ही ०.५५ गिगाहर्ट्झची फ्री स्पेस तरंगलांबी आहे. हा अँटेना ०.५५ ~ ३.८५ गिगाहर्ट्झच्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सी बँडमध्ये ई-प्लेनमध्ये सर्वदिशात्मकपणे रेडिएट करतो, ज्यामध्ये २.३५ गिगाहर्ट्झवर ५.५ डीबीआयचा कमाल गेन आणि ९०.१% कार्यक्षमता आहे. या वैशिष्ट्यांमुळे प्रस्तावित अँटेना यूएचएफ आरएफआयडी, जीएसएम ९००, जीपीएस, केपीसीएस, डीसीएस, आयएमटी-२०००, वायमॅक्स, वायफाय आणि ब्लूटूथ यांसारख्या विविध अनुप्रयोगांसाठी उपयुक्त ठरतो.
आकृती ९ प्रस्तावित समतल अँटेना रचना.
२. लीकी वेव्ह अँटेना (LWA)
नवीन लीकी वेव्ह अँटेना हे कृत्रिम मेटाटेरिअल टीएल साकारण्यासाठीच्या मुख्य अनुप्रयोगांपैकी एक आहे. लीकी वेव्ह अँटेनासाठी, प्रारण कोन (θm) आणि कमाल शलाका रुंदी (Δθ) वर फेज स्थिरांक β चा होणारा परिणाम खालीलप्रमाणे आहे:
L ही अँटेनाची लांबी आहे, k0 हा मुक्त अवकाशातील तरंग क्रमांक आहे आणि λ0 ही मुक्त अवकाशातील तरंगलांबी आहे. लक्षात घ्या की प्रारण केवळ तेव्हाच होते जेव्हा |β|
३. शून्य-क्रमांक अनुनादक अँटेना
CRLH मेटाटेरिअलचा एक अद्वितीय गुणधर्म असा आहे की जेव्हा वारंवारता शून्य नसते तेव्हा β चे मूल्य 0 असू शकते. या गुणधर्माच्या आधारावर, एक नवीन झिरो-ऑर्डर रेझोनेटर (ZOR) तयार केला जाऊ शकतो. जेव्हा β चे मूल्य शून्य असते, तेव्हा संपूर्ण रेझोनेटरमध्ये कोणताही फेज शिफ्ट होत नाही. याचे कारण असे की फेज शिफ्ट स्थिरांक φ = - βd = 0 असतो. याव्यतिरिक्त, अनुनाद केवळ रिॲक्टिव्ह लोडवर अवलंबून असतो आणि संरचनेच्या लांबीवर अवलंबून नसतो. आकृती १० दर्शवते की प्रस्तावित अँटेना E-आकाराचे दोन आणि तीन युनिट्स वापरून तयार केला आहे, आणि त्याचा एकूण आकार अनुक्रमे 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 आणि 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 आहे, जिथे λ0 हे अनुक्रमे 500 MHz आणि 650 MHz च्या ऑपरेटिंग फ्रिक्वेन्सीवर मुक्त अवकाशाची तरंगलांबी दर्शवते. अँटेना 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) आणि 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) या फ्रिक्वेन्सीवर 91.9% आणि 96.0% च्या सापेक्ष बँडविड्थसह कार्य करतो. लहान आकार आणि विस्तृत बँडविड्थच्या वैशिष्ट्यांव्यतिरिक्त, पहिल्या आणि दुसऱ्या अँटेनाचा गेन आणि कार्यक्षमता अनुक्रमे 5.3dBi आणि 85% (1GHz) आणि 5.7dBi आणि 90% (1.4GHz) आहे.
आकृती १० प्रस्तावित डबल-ई आणि ट्रिपल-ई अँटेना संरचना.
४. स्लॉट अँटेना
CRLH-MTM अँटेनाचे ॲपर्चर मोठे करण्यासाठी एक सोपी पद्धत प्रस्तावित केली आहे, परंतु अँटेनाचा आकार जवळजवळ अपरिवर्तित राहतो. आकृती ११ मध्ये दाखवल्याप्रमाणे, अँटेनामध्ये एकमेकांवर उभ्या रचलेले CRLH युनिट्स आहेत, ज्यात पॅचेस आणि मीअँडर लाईन्स आहेत, आणि पॅचवर एक S-आकाराचा स्लॉट आहे. अँटेनाला CPW मॅचिंग स्टबद्वारे फीड केले जाते, आणि त्याचा आकार १७.५ मिमी × ३२.१५ मिमी × १.६ मिमी आहे, जो ०.२०४λ०×०.३७५λ०×०.०१८λ० शी जुळतो, जिथे λ० (३.५GHz) मुक्त अवकाशाची तरंगलांबी दर्शवते. निकालांवरून असे दिसून येते 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, जी अनुक्रमे ५.१२dBi आणि ~८०% आहे.
आकृती ११ प्रस्तावित सीआरएलएच एमटीएम स्लॉट अँटेना.
अँटेनांबद्दल अधिक जाणून घेण्यासाठी, कृपया येथे भेट द्या:
पोस्ट करण्याची वेळ: ३० ऑगस्ट २०२४
