2. יישום MTM-TL במערכות אנטנות
חלק זה יתמקד ב-TLs מלאכותיים של מטא-חומר וכמה מהיישומים הנפוצים והרלוונטיים ביותר שלהם למימוש מבני אנטנות שונים בעלות נמוכה, ייצור קל, מזעור, רוחב פס רחב, רווח ויעילות גבוהים, יכולת סריקה בטווח רחב ופרופיל נמוך. הם נדונים להלן.
1. אנטנות פס רחב ורב-תדרים
ב-TL טיפוסי עם אורך l, כאשר ניתן תדר הזוויתי ω0, ניתן לחשב את האורך החשמלי (או הפאזה) של קו ההולכה באופן הבא:
כאשר vp מייצג את מהירות הפאזה של קו ההולכה. כפי שניתן לראות מהאמור לעיל, רוחב הפס תואם באופן הדוק להשהיית הקבוצה, שהיא הנגזרת של φ ביחס לתדר. לכן, ככל שאורך קו התמסורת הולך וקצר, גם רוחב הפס הופך רחב יותר. במילים אחרות, יש קשר הפוך בין רוחב הפס לשלב הבסיסי של קו ההולכה, שהוא ספציפי לתכנון. זה מראה שבמעגלים מבוזרים מסורתיים, רוחב הפס התפעולי אינו קל לשליטה. ניתן לייחס זאת למגבלות של קווי תמסורת מסורתיים במונחים של דרגות חופש. עם זאת, רכיבי טעינה מאפשרים שימוש בפרמטרים נוספים ב-TLs metamaterial, וניתן לשלוט בתגובת הפאזה במידה מסוימת. על מנת להגדיל את רוחב הפס, יש צורך בשיפוע דומה ליד תדר הפעולה של מאפייני הפיזור. מטא-חומר מלאכותי TL יכול להשיג מטרה זו. בהתבסס על גישה זו, מוצעות במאמר שיטות רבות להגברת רוחב הפס של אנטנות. חוקרים תכננו וייצרו שתי אנטנות פס רחב עמוסות במהוד טבעות מפוצלות (ראה איור 7). התוצאות המוצגות באיור 7 מראות כי לאחר טעינת מהוד הטבעת המפוצלת עם האנטנה המונופולית הקונבנציונלית, מצב תדר תהודה נמוך מתרגש. גודלו של מהוד הטבעת המפוצל מותאם להשגת תהודה קרובה לזו של האנטנה המונופולית. התוצאות מראות שכאשר שתי התהודות חופפות, רוחב הפס ומאפייני הקרינה של האנטנה גדלים. האורך והרוחב של האנטנה המונופולית הם 0.25λ0×0.11λ0 ו-0.25λ0×0.21λ0 (4GHz), בהתאמה, והאורך והרוחב של האנטנה המונופולית הטעונה במהוד טבעת מפוצלת הם 0.29λ0×0.21GHz (21λ0×0.21GHz) ), בהתאמה. עבור האנטנה הקונבנציונלית בצורת F ואנטנה בצורת T ללא מהוד טבעת מפוצלת, הרווח ויעילות הקרינה הגבוהים ביותר שנמדדו בפס 5GHz הם 3.6dBi - 78.5% ו-3.9dBi - 80.2%, בהתאמה. עבור האנטנה הטעונה עם מהוד טבעת מפוצלת, הפרמטרים הללו הם 4dBi - 81.2% ו-4.4dBi - 83%, בהתאמה, בפס 6GHz. על ידי הטמעת מהוד טבעת מפוצלת כעומס תואם על האנטנה המונופולית, ניתן לתמוך בפסי 2.9GHz ~ 6.41GHz ו-2.6GHz ~ 6.6GHz, המקבילים לרוחבי פס חלקיים של 75.4% ו~87%, בהתאמה. תוצאות אלו מראות כי רוחב הפס המדידה השתפר בכפי 2.4 ופי 2.11 בהשוואה לאנטנות מונופול מסורתיות בגודל קבוע בקירוב.
איור 7. שתי אנטנות פס רחב עמוסות במהודים מפוצלים.
כפי שמוצג באיור 8, תוצאות הניסוי של האנטנה המונופולית המודפסת הקומפקטית מוצגות. כאשר S11≤- 10 dB, רוחב הפס ההפעלה הוא 185% (0.115-2.90 GHz), וב-1.45 GHz, שיא ההגברה ויעילות הקרינה הם 2.35 dBi ו-78.8%, בהתאמה. פריסת האנטנה דומה למבנה יריעות משולש גב אל גב, המוזן על ידי מחלק כוח עקום. ה-GND הקטום מכיל בדל מרכזי המוצב מתחת למזין, וארבע טבעות תהודה פתוחות מפוזרות סביבו, מה שמרחיב את רוחב הפס של האנטנה. האנטנה מקרינה כמעט בכל כיוון, ומכסה את רוב רצועות ה-VHF וה-S, ואת כל רצועות ה-UHF וה-L. הגודל הפיזי של האנטנה הוא 48.32×43.72×0.8 מ"מ, והגודל החשמלי הוא 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0. יש לו את היתרונות של גודל קטן ועלות נמוכה, ויש לו סיכויי יישום פוטנציאליים במערכות תקשורת אלחוטיות בפס רחב.
איור 8: אנטנת מונופול עמוסה במהוד טבעת מפוצלת.
איור 9 מראה מבנה אנטנה מישורית המורכבת משני זוגות של לולאות חוט מתפתלות המחוברות ביניהן המוארקות למישור הארקה בצורת T קטום דרך שני דרך. גודל האנטנה הוא 38.5×36.6 מ"מ (0.070λ0×0.067λ0), כאשר λ0 הוא אורך הגל של החלל הפנוי של 0.55 GHz. האנטנה מקרינה בכל כיוון במישור ה-E ברצועת תדר ההפעלה של 0.55 ~ 3.85 גיגה-הרץ, עם רווח מקסימלי של 5.5dBi ב-2.35GHz ויעילות של 90.1%. תכונות אלו הופכות את האנטנה המוצעת למתאימה ליישומים שונים, כולל UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi ו-Bluetooth.
איור 9 מבנה אנטנה מישורית מוצעת.
2. אנטנת גל דולפת (LWA)
אנטנת הגל הדולפת החדשה היא אחד היישומים העיקריים למימוש מטא-חומר מלאכותי TL. עבור אנטנות גל דולפות, ההשפעה של קבוע הפאזה β על זווית הקרינה (θm) ורוחב האלומה המרבי (Δθ) היא כדלקמן:
L הוא אורך האנטנה, k0 הוא מספר הגל במרחב הפנוי, ו-λ0 הוא אורך הגל במרחב הפנוי. שימו לב שקרינה מתרחשת רק כאשר |β|
3. אנטנת תהודה מסדר אפס
תכונה ייחודית של מטא-חומר CRLH היא ש-β יכול להיות 0 כאשר התדר אינו שווה לאפס. בהתבסס על מאפיין זה, ניתן ליצור תהודה מסדר אפס (ZOR) חדש. כאשר β הוא אפס, לא מתרחש שינוי פאזה בכל המהוד. הסיבה לכך היא שקבוע הזזת הפאזה φ = - βd = 0. בנוסף, התהודה תלויה רק בעומס התגובתי ואינה תלויה באורך המבנה. איור 10 מראה שהאנטנה המוצעת מיוצרת על ידי יישום של שתיים ושלוש יחידות עם צורת E, והגודל הכולל הוא 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 ו-0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, בהתאמה, אורך ה-λ0, בהתאמה של מקום פנוי בהפעלה תדרים של 500 מגה-הרץ ו-650 מגה-הרץ, בהתאמה. האנטנה פועלת בתדרים של 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) ו-0.65-1.85 GHz (1.2 GHz), עם רוחבי פס יחסיים של 91.9% ו-96.0%. בנוסף למאפיינים של גודל קטן ורוחב פס רחב, הרווח והיעילות של האנטנה הראשונה והשנייה הם 5.3dBi ו-85% (1GHz) ו-5.7dBi ו-90% (1.4GHz), בהתאמה.
איור 10 מוצעים מבני אנטנה כפולה E ומשולשת E.
4. אנטנת חריץ
הוצעה שיטה פשוטה להגדלת הצמצם של אנטנת CRLH-MTM, אך גודל האנטנה שלה כמעט ללא שינוי. כפי שמוצג באיור 11, האנטנה כוללת יחידות CRLH מוערמות בצורה אנכית זו על זו, המכילות טלאים וקווי מתפתל, ויש חריץ בצורת S על התיקון. האנטנה מוזנת על ידי בדל תואם CPW, וגודלה הוא 17.5 מ"מ × 32.15 מ"מ × 1.6 מ"מ, המקביל ל-0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0, כאשר λ0 (3.5GHz) מייצג את אורך הגל של החלל הפנוי. התוצאות מראות שהאנטנה פועלת בפס התדרים של 0.85-7.90GHz, ורוחב הפס ההפעלה שלה הוא 161.14%. רווח הקרינה והיעילות הגבוהים ביותר של האנטנה מופיעים ב-3.5GHz, שהם 5.12dBi ו-~80%, בהתאמה.
איור 11 אנטנת חריץ CRLH MTM המוצעת.
למידע נוסף על אנטנות, בקר בכתובת:
זמן פרסום: 30 באוגוסט 2024
