2. MTM-TL rakendamine antennisüsteemides
See jaotis keskendub tehislike metamaterjalide TL-idele ja nende mõnele kõige levinumale ja asjakohasemale rakendusele mitmesuguste madalate kuludega, lihtsa tootmise, miniaturiseerimise, laia ribalaiuse, suure võimenduse ja tõhususe, laia skannimisvõimaluse ja madala profiiliga antennistruktuuride realiseerimiseks. Neid arutatakse allpool.
1. Lairiba- ja mitmesageduslikud antennid
Tüüpilises TL pikkuses l, kui on antud nurksagedus ω0, saab ülekandeliini elektrilise pikkuse (või faasi) arvutada järgmiselt:
Kus vp tähistab ülekandeliini faasikiirust. Nagu ülaltoodust näha, vastab ribalaius täpselt rühma viivitusega, mis on φ tuletis sageduse suhtes. Seetõttu muutub ülekandeliini pikkuse lühenemisel ka ribalaius laiemaks. Teisisõnu, ribalaiuse ja ülekandeliini põhifaasi vahel on pöördvõrdeline seos, mis on disainispetsiifiline. See näitab, et traditsioonilistes hajutatud ahelates ei ole tööriba laiust lihtne kontrollida. Selle põhjuseks võib olla traditsiooniliste ülekandeliinide piirangud vabadusastmete osas. Laadimiselemendid võimaldavad aga metamaterjali TL-ides kasutada lisaparameetreid ning faasireaktsiooni saab teatud piirini juhtida. Ribalaiuse suurendamiseks peab dispersioonikarakteristikute töösageduse lähedal olema sarnane kalle. Kunstlik metamaterjal TL suudab selle eesmärgi saavutada. Selle lähenemisviisi põhjal pakutakse dokumendis välja palju meetodeid antennide ribalaiuse suurendamiseks. Teadlased on kavandanud ja valmistanud kaks lairibaantenni, mis on laetud lõhestatud ringresonaatoritega (vt joonis 7). Joonisel 7 näidatud tulemused näitavad, et pärast lõhestatud ringresonaatori laadimist tavapärase monopoolantenniga ergastub madala resonantssagedusega režiim. Jaotatud rõnga resonaatori suurus on optimeeritud, et saavutada monopoolantenni omale lähedane resonants. Tulemused näitavad, et kui kaks resonantsi langevad kokku, suureneb antenni ribalaius ja kiirgusomadused. Monopoolantenni pikkus ja laius on vastavalt 0,25 λ0 × 0,11 λ0 ja 0,25 λ0 × 0,21 λ0 (4 GHz) ning jagatud ringresonaatoriga laetud monopoolantenni pikkus ja laius on 0,29 λ0 × 0,29 λ0 (2. ), vastavalt. Tavalise F-kujulise antenni ja T-kujulise jaotatud ringresonaatorita antenni puhul on 5 GHz sagedusalas mõõdetud suurim võimendus ja kiirgusefektiivsus vastavalt 3,6 dBi - 78,5% ja 3,9 dBi - 80,2%. Jagatud ringresonaatoriga koormatud antenni puhul on need parameetrid vastavalt 4 dBi - 81,2% ja 4,4 dBi - 83% sagedusalas 6 GHz. Rakendades monopoolantenni sobiva koormusena poolitatud ringresonaatorit, saab toetada sagedusribasid 2,9 GHz ~ 6,41 GHz ja 2,6 GHz ~ 6,6 GHz, mis vastavad vastavalt 75,4% ja ~87% ribalaiusele. Need tulemused näitavad, et mõõtmisriba laius paraneb ligikaudu 2,4 korda ja 2,11 korda võrreldes traditsiooniliste, ligikaudu fikseeritud suurusega monopoolantennidega.
Joonis 7. Kaks lairibaantenni, mis on laetud jagatud rõngaga resonaatoritega.
Nagu on näidatud joonisel 8, on näidatud kompaktse prinditud monopoolantenni katsetulemused. Kui S11≤-10 dB, on tööriba laius 185% (0,115–2,90 GHz) ning sagedusel 1,45 GHz on tippvõimendus ja kiirgusefektiivsus vastavalt 2,35 dBi ja 78,8%. Antenni paigutus sarnaneb selja-taga kolmnurkse lehtstruktuuriga, mida toidab kõverjooneline võimsusjaotur. Kärbitud GND sisaldab feederi alla asetatud keskset tünni ja selle ümber on jaotatud neli avatud resonantsrõngast, mis laiendab antenni ribalaiust. Antenn kiirgab peaaegu kõikjal, kattes enamiku VHF- ja S-ribadest ning kõik UHF- ja L-ribad. Antenni füüsiline suurus on 48,32 × 43,72 × 0,8 mm3 ja elektriline suurus on 0,235λ0 × 0,211λ0 × 0,003λ0. Selle eelisteks on väiksus ja madal hind ning sellel on potentsiaalsed rakendusväljavaated lairiba traadita sidesüsteemides.
Joonis 8: Monopoolantenn, mis on koormatud lõhestatud ringresonaatoriga.
Joonisel fig 9 on kujutatud tasapinnaline antenni struktuur, mis koosneb kahest omavahel ühendatud lookleva traatsilmuse paarist, mis on maandatud kahe läbipääsu kaudu kärbitud T-kujulise alusplaadi külge. Antenni suurus on 38,5 × 36,6 mm2 (0,070 λ0 × 0,067 λ0), kus λ0 on vaba ruumi lainepikkus 0,55 GHz. Antenn kiirgab kõiksuunaliselt E-tasandil töösagedusalas 0,55 ~ 3,85 GHz, maksimaalse võimendusega 5,5 dBi sagedusel 2,35 GHz ja efektiivsusega 90,1%. Need omadused muudavad pakutava antenni sobivaks erinevate rakenduste jaoks, sealhulgas UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi ja Bluetooth.
Joonis 9. Kavandatav tasapinnaline antenni struktuur.
2. Lekkiv laineantenn (LWA)
Uus lekkiva laine antenn on üks peamisi rakendusi kunstliku metamaterjali TL realiseerimiseks. Lekkivate laineantennide puhul on faasikonstandi β mõju kiirgusnurgale (θm) ja kiirele maksimaalsele laiusele (Δθ) järgmine:
L on antenni pikkus, k0 on lainearv vabas ruumis ja λ0 on lainepikkus vabas ruumis. Pange tähele, et kiirgus tekib ainult siis, kui |β|
3. Nulljärku resonaatorantenn
CRLH metamaterjali ainulaadne omadus on see, et β võib olla 0, kui sagedus ei ole võrdne nulliga. Selle omaduse põhjal saab genereerida uue nulljärku resonaatori (ZOR). Kui β on null, ei toimu kogu resonaatoris faasinihet. Seda seetõttu, et faasinihke konstant φ = - βd = 0. Lisaks sõltub resonants ainult reaktiivkoormusest ja ei sõltu konstruktsiooni pikkusest. Joonisel 10 on näidatud, et kavandatav antenn valmistatakse kahe ja kolme E-kujulise ühiku rakendamisel ning kogusuurus on 0,017 λ0 × 0,006 λ0 × 0,001 λ0 ja 0,028 λ0 × 0,008 λ0 × 0,001 λ0, kus laine on vastavalt vaba ruumi töösagedustel vastavalt 500 MHz ja 650 MHz. Antenn töötab sagedustel 0,5–1,35 GHz (0,85 GHz) ja 0,65–1,85 GHz (1,2 GHz) suhteliste ribalaiustega 91,9% ja 96,0%. Lisaks väikese suuruse ja laia ribalaiuse omadustele on esimese ja teise antenni võimendus ja efektiivsus vastavalt 5,3 dBi ja 85% (1 GHz) ning 5,7 dBi ja 90% (1,4 GHz).
Joonis 10 Kavandatud topelt-E ja kolmik-E antennistruktuurid.
4. Piluantenn
CRLH-MTM antenni ava suurendamiseks on välja pakutud lihtne meetod, kuid selle antenni suurus on peaaegu muutumatu. Nagu on näidatud joonisel 11, sisaldab antenn vertikaalselt üksteise peale virnastatud CRLH-seadmeid, mis sisaldavad laike ja looklevaid jooni ning plaastril on S-kujuline pilu. Antenni toidab CPW-sobiv nupp ja selle suurus on 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, mis vastab 0,204λ0 × 0,375λ0 × 0,018λ0, kus λ0 (3,5 GHz) tähistab vaba ruumi lainepikkust. Tulemused näitavad, et antenn töötab sagedusalas 0,85-7,90 GHz ja selle tööriba laius on 161,14%. Antenni suurim kiirgusvõimendus ja efektiivsus ilmnevad sagedusel 3,5 GHz, mis on vastavalt 5,12 dBi ja ~80%.
Joonis 11 Kavandatav CRLH MTM pesaantenn.
Antennide kohta lisateabe saamiseks külastage:
Postitusaeg: 30. august 2024
