Berita - Kajian semula antena talian penghantaran berdasarkan bahan metamaterial (Bahagian 2)

2. Aplikasi MTM-TL dalam Sistem Antena
Bahagian ini akan menumpukan pada TL metamaterial tiruan dan beberapa aplikasi yang paling biasa dan relevan untuk merealisasikan pelbagai struktur antena dengan kos rendah, pembuatan mudah, pengecilan, lebar jalur lebar, keuntungan dan kecekapan tinggi, keupayaan pengimbasan julat luas dan profil rendah. Mereka dibincangkan di bawah.

1. Antena jalur lebar dan berbilang frekuensi
Dalam TL biasa dengan panjang l, apabila frekuensi sudut ω0 diberikan, panjang elektrik (atau fasa) talian penghantaran boleh dikira seperti berikut:

Di mana vp mewakili halaju fasa talian penghantaran. Seperti yang dapat dilihat daripada di atas, lebar jalur sepadan rapat dengan kelewatan kumpulan, yang merupakan terbitan φ berkenaan dengan kekerapan. Oleh itu, apabila panjang talian penghantaran menjadi lebih pendek, lebar jalur juga menjadi lebih luas. Dalam erti kata lain, terdapat hubungan songsang antara lebar jalur dan fasa asas talian penghantaran, yang khusus reka bentuk. Ini menunjukkan bahawa dalam litar teragih tradisional, lebar jalur operasi tidak mudah dikawal. Ini boleh dikaitkan dengan batasan talian penghantaran tradisional dari segi darjah kebebasan. Walau bagaimanapun, elemen pemuatan membenarkan parameter tambahan digunakan dalam TL metamaterial, dan tindak balas fasa boleh dikawal pada tahap tertentu. Untuk meningkatkan lebar jalur, adalah perlu untuk mempunyai cerun yang serupa berhampiran kekerapan operasi ciri-ciri penyebaran. TL metamaterial buatan boleh mencapai matlamat ini. Berdasarkan pendekatan ini, banyak kaedah untuk meningkatkan lebar jalur antena dicadangkan dalam kertas. Para sarjana telah mereka bentuk dan mereka bentuk dua antena jalur lebar yang dimuatkan dengan resonator cincin belah (lihat Rajah 7). Keputusan yang ditunjukkan dalam Rajah 7 menunjukkan bahawa selepas memuatkan resonator cincin belah dengan antena monopole konvensional, mod frekuensi resonan rendah teruja. Saiz resonator cincin belah dioptimumkan untuk mencapai resonans yang hampir dengan antena monopole. Keputusan menunjukkan bahawa apabila kedua-dua resonans bertepatan, lebar jalur dan ciri sinaran antena meningkat. Panjang dan lebar antena monopole ialah 0.25λ0×0.11λ0 dan 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz), masing-masing, dan panjang dan lebar antena monopole yang dimuatkan dengan resonator cincin belah ialah 0.29λ0×0.21λ0 (29λ0×0.21λ0 (29λ0×0.21λ0). ), masing-masing. Bagi antena berbentuk F konvensional dan antena berbentuk T tanpa resonator cincin belah, keuntungan tertinggi dan kecekapan sinaran diukur dalam jalur 5GHz ialah 3.6dBi - 78.5% dan 3.9dBi - 80.2%, masing-masing. Untuk antena yang dimuatkan dengan resonator cincin belah, parameter ini masing-masing ialah 4dBi - 81.2% dan 4.4dBi - 83%, dalam jalur 6GHz. Dengan melaksanakan resonator gelang belah sebagai beban yang sepadan pada antena monopole, jalur 2.9GHz ~ 6.41GHz dan 2.6GHz ~ 6.6GHz boleh disokong, sepadan dengan lebar jalur pecahan masing-masing 75.4% dan ~87%. Keputusan ini menunjukkan bahawa lebar jalur pengukuran dipertingkatkan kira-kira 2.4 kali dan 2.11 kali berbanding antena monopole tradisional dengan saiz yang lebih kurang tetap.

Rajah 7. Dua antena jalur lebar dimuatkan dengan resonator cincin belah.

Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 8, keputusan percubaan antena monopole bercetak padat ditunjukkan. Apabila S11≤- 10 dB, lebar jalur operasi ialah 185% (0.115-2.90 GHz), dan pada 1.45 GHz, keuntungan puncak dan kecekapan sinaran masing-masing ialah 2.35 dBi dan 78.8%. Susun atur antena adalah serupa dengan struktur kepingan segi tiga belakang ke belakang, yang disuap oleh pembahagi kuasa lengkung. GND yang dipotong mengandungi stub tengah yang diletakkan di bawah penyuap, dan empat gelang resonan terbuka diedarkan di sekelilingnya, yang meluaskan lebar jalur antena. Antena memancar hampir ke semua arah, meliputi kebanyakan jalur VHF dan S, dan semua jalur UHF dan L. Saiz fizikal antena ialah 48.32×43.72×0.8 mm3, dan saiz elektrik ialah 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0. Ia mempunyai kelebihan saiz kecil dan kos rendah, dan mempunyai prospek aplikasi yang berpotensi dalam sistem komunikasi tanpa wayar jalur lebar.

Rajah 8: Antena monopole dimuatkan dengan resonator cincin belah.

Rajah 9 menunjukkan struktur antena satah yang terdiri daripada dua pasang gelung dawai berliku yang saling bersambung dibumikan kepada satah tanah berbentuk T yang dipotong melalui dua vias. Saiz antena ialah 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0), di mana λ0 ialah panjang gelombang ruang bebas 0.55 GHz. Antena memancarkan omnidirectional dalam satah E dalam jalur frekuensi operasi 0.55 ~ 3.85 GHz, dengan keuntungan maksimum 5.5dBi pada 2.35GHz dan kecekapan 90.1%. Ciri-ciri ini menjadikan antena yang dicadangkan sesuai untuk pelbagai aplikasi, termasuk UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi dan Bluetooth.

Rajah 9 Cadangan struktur antena planar.

2. Antena Gelombang Bocor (LWA)
Antena gelombang bocor baharu adalah salah satu aplikasi utama untuk merealisasikan TL metamaterial tiruan. Bagi antena gelombang bocor, kesan pemalar fasa β pada sudut sinaran (θm) dan lebar rasuk maksimum (Δθ) adalah seperti berikut:

L ialah panjang antena, k0 ialah nombor gelombang dalam ruang bebas, dan λ0 ialah panjang gelombang dalam ruang bebas. Ambil perhatian bahawa sinaran berlaku hanya apabila |β|

3. Antena resonator pesanan sifar
Sifat unik metamaterial CRLH ialah β boleh menjadi 0 apabila frekuensi tidak sama dengan sifar. Berdasarkan sifat ini, resonator pesanan sifar (ZOR) baharu boleh dijana. Apabila β adalah sifar, tiada anjakan fasa berlaku dalam keseluruhan resonator. Ini kerana pemalar anjakan fasa φ = - βd = 0. Selain itu, resonans hanya bergantung pada beban reaktif dan tidak bergantung pada panjang struktur. Rajah 10 menunjukkan bahawa antena yang dicadangkan direka dengan menggunakan dua dan tiga unit dengan bentuk-E, dan jumlah saiz ialah 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 dan 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, masing-masing mewakili panjang gelombang. ruang kosong semasa beroperasi frekuensi 500 MHz dan 650 MHz, masing-masing. Antena beroperasi pada frekuensi 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) dan 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz), dengan lebar jalur relatif 91.9% dan 96.0%. Sebagai tambahan kepada ciri-ciri saiz kecil dan lebar jalur lebar, keuntungan dan kecekapan antena pertama dan kedua ialah 5.3dBi dan 85% (1GHz) dan 5.7dBi dan 90% (1.4GHz), masing-masing.

Rajah 10 Cadangan struktur antena double-E dan triple-E.

4. Antena Slot
Kaedah mudah telah dicadangkan untuk membesarkan apertur antena CRLH-MTM, tetapi saiz antenanya hampir tidak berubah. Seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 11, antena termasuk unit CRLH yang disusun secara menegak antara satu sama lain, yang mengandungi tampalan dan garisan berliku-liku, dan terdapat slot berbentuk S pada tampalan. Antena disalurkan oleh stub padanan CPW, dan saiznya ialah 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, sepadan dengan 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0, dengan λ0 (3.5GHz) mewakili panjang gelombang ruang kosong. Keputusan menunjukkan bahawa antena beroperasi dalam jalur frekuensi 0.85-7.90GHz, dan lebar jalur operasinya ialah 161.14%. Keuntungan dan kecekapan sinaran tertinggi antena muncul pada 3.5GHz, iaitu 5.12dBi dan ~80%, masing-masing.