Newyddion - Adolygiad o antenâu llinellau trawsyrru 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 strwythurau antena amrywiol gyda gweithgynhyrchu cost isel, hawdd, miniaturization, lled band eang, cynnydd ac effeithlonrwydd uchel, gallu sganio ystod eang a phroffil isel. Fe'u trafodir isod.

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

Lle mae vp yn cynrychioli cyflymder cam y llinell drawsyrru. Fel y gwelir o'r uchod, mae'r lled band yn cyfateb yn agos i'r oedi grŵp, sef deilliad φ o ran amlder. Felly, wrth i hyd y llinell drosglwyddo ddod yn fyrrach, mae'r lled band hefyd yn dod yn ehangach. Mewn geiriau eraill, mae perthynas wrthdro rhwng y lled band a chyfnod sylfaenol y llinell drosglwyddo, sy'n benodol i ddyluniad. Mae hyn yn dangos, mewn cylchedau dosbarthedig traddodiadol, nad yw'r lled band gweithredu yn hawdd i'w reoli. Gellir priodoli hyn i gyfyngiadau llinellau trawsyrru traddodiadol o ran graddau rhyddid. Fodd bynnag, mae elfennau llwytho yn caniatáu i baramedrau ychwanegol gael eu defnyddio mewn TLs metamaterial, a gellir rheoli'r ymateb cam i raddau. Er mwyn cynyddu'r lled band, mae angen cael llethr tebyg ger amlder gweithredu'r nodweddion gwasgariad. Gall metamaterial artiffisial TL 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 gwneud dwy antena band eang wedi'u llwytho â chyseinyddion cylch hollt (gweler Ffigur 7). Mae'r canlyniadau a ddangosir yn Ffigur 7 yn dangos, ar ôl llwytho'r resonator cylch hollti gyda'r antena monopole confensiynol, mae modd amledd soniarus isel yn gyffrous. Mae maint y cyseinydd cylch hollt wedi'i optimeiddio i gyflawni cyseiniant sy'n agos at yr antena monopole. Mae'r canlyniadau'n dangos, pan fydd y ddau gyseiniant yn cyd-daro, mae lled band a nodweddion ymbelydredd yr antena yn cynyddu. Hyd a lled yr antena monopole yw 0.25λ0 × 0.11λ0 a 0.25λ0 × 0.21λ0 (4GHz), yn y drefn honno, a hyd a lled yr antena monopole sydd wedi'i lwytho â resonator cylch hollt yw 0.29λ0 × 0.21λ0 (2.9GHz ), yn y drefn honno. Ar gyfer yr antena siâp F confensiynol ac antena siâp T heb resonator cylch hollt, yr enillion uchaf a'r effeithlonrwydd ymbelydredd a fesurir 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 lwytho â resonator cylch hollt, mae'r paramedrau hyn yn 4dBi - 81.2% a 4.4dBi - 83%, yn y drefn honno, yn y band 6GHz. Trwy weithredu resonator cylch hollt fel llwyth cyfatebol ar yr antena monopole, 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 yn cael ei wella tua 2.4 gwaith a 2.11 gwaith o'i gymharu ag antenâu monopole traddodiadol o tua maint sefydlog.

Ffigur 7. Dau antena band eang wedi'u llwytho â chyseinyddion cylch hollti.

Fel y dangosir yn Ffigur 8, dangosir canlyniadau arbrofol yr antena monopole cryno printiedig. Pan S11≤- 10 dB, y lled band gweithredu yw 185% (0.115-2.90 GHz), ac ar 1.45 GHz, mae'r cynnydd brig ac effeithlonrwydd ymbelydredd yn 2.35 dBi a 78.8%, yn y drefn honno. Mae gosodiad yr antena yn debyg i strwythur dalennau trionglog cefn wrth gefn, sy'n cael ei fwydo gan rannwr pŵer cromliniol. Mae'r GND cwtogi yn cynnwys bonyn canolog wedi'i osod o dan y peiriant bwydo, ac mae pedair cylch soniarus agored yn cael eu dosbarthu o'i gwmpas, sy'n ehangu lled band yr antena. Mae'r antena yn pelydru bron yn omnidirectionally, gan gwmpasu'r rhan fwyaf o'r bandiau VHF ac S, a phob un o'r bandiau 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 ymgeisio posibl mewn systemau cyfathrebu di-wifr band eang.

Ffigur 8: Antena monopole wedi'i lwytho â resonator cylch hollt.

Mae Ffigur 9 yn dangos adeiledd antena planar sy'n cynnwys dau bâr o ddolenni gwifren troellog rhyng-gysylltiedig wedi'u seilio ar awyren ddaear siâp T wedi'i chwtogi trwy ddwy ffordd. 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 omnidirectionally yn yr awyren E yn y band amledd gweithredu o 0.55 ~ 3.85 GHz, gydag enillion uchaf 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 sy'n gollwng (LWA)
Yr antena tonnau gollwng newydd yw un o'r prif gymwysiadau ar gyfer gwireddu TL metadeunydd artiffisial. Ar gyfer antenâu tonnau sy'n gollwng, mae effaith cysonyn cyfnod β ar yr ongl ymbelydredd (θm) a'r lled trawst uchaf (Δθ) fel a ganlyn:

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

3. Antena resonator sero-gorchymyn
Priodwedd unigryw metamaterial CRLH yw y gall β fod yn 0 pan nad yw'r amledd yn hafal i sero. Yn seiliedig ar yr eiddo hwn, gellir cynhyrchu atseinydd archeb sero (ZOR) newydd. Pan fydd β yn sero, nid oes unrhyw newid cyfnod yn digwydd yn y cyseinydd cyfan. Mae hyn oherwydd bod y cysonyn shifft cam φ = - βd = 0. Yn ogystal, mae'r cyseiniant 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 yn cael ei ffugio trwy gymhwyso dwy a thair uned â siâp E, a chyfanswm y maint yw 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 a 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, yn y drefn honno, lle mae hyd λ0 yn cynrychioli'r don o le 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, enillion ac effeithlonrwydd yr antena cyntaf ac ail yw 5.3dBi a 85% (1GHz) a 5.7dBi a 90% (1.4GHz), yn y drefn honno.

Ffig. 10 Strwythurau antena dwy-E a thri-E arfaethedig.

4. Antena Slot
Mae dull syml wedi'i gynnig i ehangu agorfa'r antena CRLH-MTM, ond nid yw maint ei antena bron wedi newid. Fel y dangosir yn Ffigur 11, mae'r antena yn cynnwys unedau CRLH wedi'u pentyrru'n fertigol ar ei gilydd, sy'n cynnwys clytiau a llinellau ystum, ac mae slot siâp S ar y clwt. Mae'r antena yn cael ei fwydo gan fonyn cyfatebol 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 yn gweithredu yn y band amledd o 0.85-7.90GHz, a'i lled band gweithredu yw 161.14%. Mae'r cynnydd ymbelydredd uchaf ac effeithlonrwydd yr antena yn ymddangos ar 3.5GHz, sef 5.12dBi a ~80%, yn y drefn honno.