Newyddion - Adolygiad o antenâu llinell drosglwyddo yn seiliedig ar fetaddeunyddiau (Rhan 2)

2. Cymhwyso MTM-TL mewn Systemau Antena
Bydd yr adran hon yn canolbwyntio ar TLs metadeunydd artiffisial a rhai o'u cymwysiadau mwyaf cyffredin a pherthnasol ar gyfer gwireddu amrywiol strwythurau antena gyda chost isel, gweithgynhyrchu hawdd, miniatureiddio, lled band eang, enillion ac effeithlonrwydd uchel, gallu sganio ystod eang a phroffil isel. Fe'u trafodir isod.

1. Antenâu band eang ac aml-amledd
Mewn TL nodweddiadol gyda hyd o l, pan roddir yr amledd onglog ω0, gellir cyfrifo hyd trydanol (neu gam) y llinell drosglwyddo fel a ganlyn:

Lle mae vp yn cynrychioli cyflymder cyfnod y llinell drosglwyddo. Fel y gwelir o'r uchod, mae'r lled band yn cyfateb yn agos i'r oedi grŵp, sef deilliad φ mewn perthynas ag amledd. Felly, wrth i hyd y llinell drosglwyddo fynd yn fyrrach, mae'r lled band hefyd yn lletach. Mewn geiriau eraill, mae perthynas wrthdro rhwng y lled band a chyfnod sylfaenol y llinell drosglwyddo, sy'n benodol i'r dyluniad. Mae hyn yn dangos, mewn cylchedau dosbarthedig traddodiadol, nad yw'n hawdd rheoli'r lled band gweithredu. Gellir priodoli hyn i gyfyngiadau llinellau trosglwyddo traddodiadol o ran graddau rhyddid. Fodd bynnag, mae elfennau llwytho yn caniatáu defnyddio paramedrau ychwanegol mewn TLs metadeunydd, a gellir rheoli'r ymateb cyfnod i ryw raddau. Er mwyn cynyddu'r lled band, mae angen cael llethr tebyg ger amledd gweithredu'r nodweddion gwasgariad. Gall TL metadeunydd artiffisial gyflawni'r nod hwn. Yn seiliedig ar y dull hwn, cynigir llawer o ddulliau ar gyfer gwella lled band antenâu yn y papur. Mae ysgolheigion wedi dylunio a chynhyrchu dau antena band eang wedi'u llwytho ag atseinyddion cylch hollt (gweler Ffigur 7). Mae'r canlyniadau a ddangosir yn Ffigur 7 yn dangos, ar ôl llwytho'r atseinydd cylch hollt gyda'r antena monopol confensiynol, bod modd amledd atseinydd isel yn cael ei gyffroi. Mae maint yr atseinydd cylch hollt wedi'i optimeiddio i gyflawni atseinedd sy'n agos at atseinedd yr antena monopol. Mae'r canlyniadau'n dangos, pan fydd y ddau atseinedd yn cyd-daro, bod nodweddion lled band ac ymbelydredd yr antena yn cynyddu. Mae hyd a lled yr antena monopol yn 0.25λ0 × 0.11λ0 a 0.25λ0 × 0.21λ0 (4GHz), yn y drefn honno, a hyd a lled yr antena monopol sydd wedi'i llwytho ag atseinydd cylch hollt yn 0.29λ0 × 0.21λ0 (2.9GHz), yn y drefn honno. Ar gyfer yr antena siâp F confensiynol a'r antena siâp T heb atseinydd cylch hollt, yr enillion a'r effeithlonrwydd ymbelydredd uchaf a fesurwyd yn y band 5GHz yw 3.6dBi - 78.5% a 3.9dBi - 80.2%, yn y drefn honno. Ar gyfer yr antena sydd wedi'i llwytho â atseinydd cylch hollt, y paramedrau hyn yw 4dBi - 81.2% a 4.4dBi - 83%, yn y drefn honno, yn y band 6GHz. Drwy weithredu atseinydd cylch hollt fel llwyth cyfatebol ar yr antena monopol, gellir cefnogi'r bandiau 2.9GHz ~ 6.41GHz a 2.6GHz ~ 6.6GHz, sy'n cyfateb i led band ffracsiynol o 75.4% a ~87%, yn y drefn honno. Mae'r canlyniadau hyn yn dangos bod y lled band mesur wedi'i wella tua 2.4 gwaith a 2.11 gwaith o'i gymharu ag antenâu monopol traddodiadol o faint sefydlog tua.

Ffigur 7. Dau antena band eang wedi'u llwytho â resonatoriaid cylch hollt.

Fel y dangosir yn Ffigur 8, dangosir canlyniadau arbrofol yr antena monopol printiedig cryno. Pan fydd S11≤- 10 dB, mae'r lled band gweithredu yn 185% (0.115-2.90 GHz), ac ar 1.45 GHz, mae'r enillion brig a'r effeithlonrwydd ymbelydredd yn 2.35 dBi a 78.8%, yn y drefn honno. Mae cynllun yr antena yn debyg i strwythur dalen drionglog cefn wrth gefn, sy'n cael ei fwydo gan rannwr pŵer crwmliniol. Mae'r GND wedi'i fyrhau yn cynnwys bonyn canolog wedi'i osod o dan y porthiant, ac mae pedwar cylch atseiniol agored wedi'u dosbarthu o'i gwmpas, sy'n ehangu lled band yr antena. Mae'r antena yn ymbelydru bron yn hollgyfeiriadol, gan orchuddio'r rhan fwyaf o'r bandiau VHF ac S, a'r holl fandiau UHF ac L. Maint ffisegol yr antena yw 48.32 × 43.72 × 0.8 mm3, a'r maint trydanol yw 0.235λ0 × 0.211λ0 × 0.003λ0. Mae ganddo fanteision maint bach a chost isel, ac mae ganddo ragolygon cymhwysiad posibl mewn systemau cyfathrebu diwifr band eang.

Ffigur 8: Antena monopol wedi'i llwytho â resonator cylch hollt.

Mae Ffigur 9 yn dangos strwythur antena planar sy'n cynnwys dau bâr o ddolenni gwifren meander cydgysylltiedig wedi'u seilio i awyren ddaear siâp T wedi'i thorri trwy ddau via. Maint yr antena yw 38.5 × 36.6 mm2 (0.070λ0 × 0.067λ0), lle mae λ0 yn donfedd gofod rhydd o 0.55 GHz. Mae'r antena yn pelydru'n hollgyfeiriadol yn yr awyren E yn y band amledd gweithredu o 0.55 ~ 3.85 GHz, gydag enillion mwyaf o 5.5dBi ar 2.35GHz ac effeithlonrwydd o 90.1%. Mae'r nodweddion hyn yn gwneud yr antena arfaethedig yn addas ar gyfer amrywiol gymwysiadau, gan gynnwys UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi a Bluetooth.

Ffig. 9 Strwythur antena planar arfaethedig.

2. Antena Tonnau Gollyngol (LWA)
Mae'r antena tonnau gollyngol newydd yn un o'r prif gymwysiadau ar gyfer gwireddu TL metadeunydd artiffisial. Ar gyfer antenâu tonnau gollyngol, mae effaith y cysonyn cyfnod β ar yr ongl ymbelydredd (θm) a'r lled trawst mwyaf (Δθ) fel a ganlyn:

L yw hyd yr antena, k0 yw rhif y don mewn gofod rhydd, a λ0 yw'r donfedd mewn gofod rhydd. Sylwch mai dim ond pan |β| mae ymbelydredd yn digwydd.

3. Antena atseinydd trefn sero
Priodwedd unigryw o feta-ddeunydd CRLH yw y gall β fod yn 0 pan nad yw'r amledd yn hafal i sero. Yn seiliedig ar y priodwedd hon, gellir cynhyrchu atseinydd trefn sero (ZOR) newydd. Pan fydd β yn sero, nid oes unrhyw sifftiad cyfnod yn digwydd yn yr atseinydd cyfan. Mae hyn oherwydd bod y cysonyn sifftiad cyfnod φ = - βd = 0. Yn ogystal, mae'r atseinedd yn dibynnu ar y llwyth adweithiol yn unig ac mae'n annibynnol ar hyd y strwythur. Mae Ffigur 10 yn dangos bod yr antena arfaethedig wedi'i gynhyrchu trwy gymhwyso dwy a thair uned â siâp E, a'r cyfanswm maint yw 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 a 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, yn y drefn honno, lle mae λ0 yn cynrychioli tonfedd y gofod rhydd ar amleddau gweithredu o 500 MHz a 650 MHz, yn y drefn honno. Mae'r antena yn gweithredu ar amleddau o 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) a 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz), gyda lled band cymharol o 91.9% a 96.0%. Yn ogystal â nodweddion maint bach a lled band eang, mae enillion ac effeithlonrwydd yr antena cyntaf a'r ail yn 5.3dBi ac 85% (1GHz) a 5.7dBi a 90% (1.4GHz), yn y drefn honno.

Ffig. 10 Strwythurau antena dwbl-E a thriphlyg-E arfaethedig.

4. Antena Slot
Cynigiwyd dull syml i ehangu agorfa'r antena CRLH-MTM, ond mae maint ei antena bron yn ddigyfnewid. Fel y dangosir yn Ffigur 11, mae'r antena yn cynnwys unedau CRLH wedi'u pentyrru'n fertigol ar ben ei gilydd, sy'n cynnwys clytiau a llinellau meander, ac mae slot siâp S ar y clwt. Mae'r antena yn cael ei bwydo gan fonyn paru CPW, a'i faint yw 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, sy'n cyfateb i 0.204λ0 × 0.375λ0 × 0.018λ0, lle mae λ0 (3.5GHz) yn cynrychioli tonfedd y gofod rhydd. Mae'r canlyniadau'n dangos bod yr antena'n gweithredu yn y band amledd o 0.85-7.90GHz, a'i lled band gweithredu yw 161.14%. Mae'r enillion ymbelydredd a'r effeithlonrwydd uchaf o'r antena yn ymddangos ar 3.5GHz, sef 5.12dBi ac ~80%, yn y drefn honno.