Adolygiad Antena: Adolygiad o Metawynebau Ffractal a Dyluniad Antena

Cyflwynwyd y cysyniad o fractals gan y mathemategydd Benoit B. Mandelbrot yn y 1970au, er y gellir olrhain gwreiddiau geometreg ffractal yn ôl i waith cynharach llawer o fathemategwyr, megis Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915). ), Julia (1918), Fatou (1926), a Richardson (1953).
Astudiodd Benoit B. Mandelbrot y berthynas rhwng ffractalau a natur trwy gyflwyno mathau newydd o ffractalau i efelychu strwythurau mwy cymhleth, megis coed, mynyddoedd ac arfordiroedd. Bathodd y gair "ffractal" o'r ansoddair Lladin "ffractus", sy'n golygu "torri" neu "toriad", hy yn cynnwys darnau toredig neu afreolaidd, i ddisgrifio siapiau geometrig afreolaidd a thameidiog na ellir eu dosbarthu yn ôl geometreg Ewclidaidd draddodiadol. Yn ogystal, datblygodd fodelau ac algorithmau mathemategol ar gyfer cynhyrchu ac astudio ffractalau, a arweiniodd at greu set enwog Mandelbrot, sef y siâp ffractal mwyaf enwog a hynod ddiddorol yn ôl pob tebyg gyda phatrymau cymhleth sy'n ailadrodd anfeidrol (gweler Ffigur 1d).
Mae gwaith Mandelbrot nid yn unig wedi cael effaith ar fathemateg, ond mae ganddo hefyd gymwysiadau mewn meysydd amrywiol megis ffiseg, graffeg gyfrifiadurol, bioleg, economeg a chelf. Mewn gwirionedd, oherwydd eu gallu i fodelu a chynrychioli strwythurau cymhleth a hunan-debyg, mae gan fractals nifer o gymwysiadau arloesol mewn amrywiol feysydd. Er enghraifft, maent wedi cael eu defnyddio'n eang yn y meysydd cais canlynol, sef ychydig o enghreifftiau yn unig o'u cymhwysiad eang:
1. Graffeg ac animeiddiad cyfrifiadurol, gan gynhyrchu tirweddau, coed, cymylau a gweadau naturiol realistig a deniadol yn weledol;
2. Technoleg cywasgu data i leihau maint y ffeiliau digidol;
3. Prosesu delwedd a signal, tynnu nodweddion o ddelweddau, canfod patrymau, a darparu dulliau cywasgu ac ail-greu delwedd effeithiol;
4. Bioleg, yn disgrifio twf planhigion a threfniadaeth niwronau yn yr ymennydd;
5. Theori antena a metadefnyddiau, dylunio antenâu cryno/aml-fand a metawynebau arloesol.
Ar hyn o bryd, mae geometreg ffractal yn parhau i ddod o hyd i ddefnyddiau newydd ac arloesol mewn amrywiol ddisgyblaethau gwyddonol, artistig a thechnolegol.
Mewn technoleg electromagnetig (EM), mae siapiau ffractal yn ddefnyddiol iawn ar gyfer cymwysiadau sydd angen miniaturization, o antenâu i fetamaterials ac arwynebau dethol amledd (FSS). Gall defnyddio geometreg ffractal mewn antenâu confensiynol gynyddu eu hyd trydanol, a thrwy hynny leihau maint cyffredinol y strwythur soniarus. Yn ogystal, mae natur hunan-debyg siapiau ffractal yn eu gwneud yn ddelfrydol ar gyfer gwireddu strwythurau atseiniol aml-fand neu fand eang. Mae galluoedd miniaturization cynhenid ​​​​ffractalau yn arbennig o ddeniadol ar gyfer dylunio adlewyrchiadau, antenâu arae fesul cam, amsugyddion metamaterol a metawynebau ar gyfer amrywiol gymwysiadau. Mewn gwirionedd, gall defnyddio elfennau arae bach iawn ddod â nifer o fanteision, megis lleihau cyplu cilyddol neu allu gweithio gydag araeau gyda bylchau bach iawn rhwng elfennau, gan sicrhau perfformiad sganio da a lefelau uwch o sefydlogrwydd onglog.
Am y rhesymau a grybwyllwyd uchod, mae antenâu ffractal a metaarwynebau yn cynrychioli dau faes ymchwil hynod ddiddorol ym maes electromagneteg sydd wedi denu llawer o sylw yn ystod y blynyddoedd diwethaf. Mae'r ddau gysyniad yn cynnig ffyrdd unigryw o drin a rheoli tonnau electromagnetig, gydag ystod eang o gymwysiadau mewn cyfathrebu diwifr, systemau radar a synhwyro. Mae eu priodweddau hunan-debyg yn caniatáu iddynt fod yn fach o ran maint tra'n cynnal ymateb electromagnetig rhagorol. Mae'r crynoder hwn yn arbennig o fanteisiol mewn cymwysiadau gofod-gyfyngedig, megis dyfeisiau symudol, tagiau RFID, a systemau awyrofod.
Mae gan y defnydd o antenâu ffractal a metawynebau y potensial i wella cyfathrebu di-wifr, delweddu, a systemau radar yn sylweddol, gan eu bod yn galluogi dyfeisiau cryno, perfformiad uchel gyda mwy o ymarferoldeb. Yn ogystal, mae geometreg ffractal yn cael ei ddefnyddio fwyfwy wrth ddylunio synwyryddion microdon ar gyfer diagnosteg deunydd, oherwydd ei allu i weithredu mewn bandiau amledd lluosog a'i allu i fod yn fach. Mae ymchwil barhaus yn y meysydd hyn yn parhau i archwilio dyluniadau, deunyddiau a thechnegau saernïo newydd i wireddu eu llawn botensial.
Nod y papur hwn yw adolygu cynnydd ymchwil a chymhwyso antenâu ffractal a metawynebau a chymharu antenâu a metawynebau ffractal presennol, gan amlygu eu manteision a'u cyfyngiadau. Yn olaf, cyflwynir dadansoddiad cynhwysfawr o adlewyrchiadau arloesol ac unedau metamaterial, a thrafodir heriau a datblygiadau'r strwythurau electromagnetig hyn yn y dyfodol.