వార్తలు - మెటామెటీరియల్స్ ఆధారంగా ట్రాన్స్మిషన్ లైన్ యాంటెన్నాల సమీక్ష (పార్ట్ 2)

2. యాంటెన్నా సిస్టమ్స్‌లో MTM-TL అప్లికేషన్
ఈ విభాగం కృత్రిమ మెటామెటీరియల్ TLలు మరియు తక్కువ ఖర్చు, సులభమైన తయారీ, సూక్ష్మీకరణ, విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్, అధిక లాభం మరియు సామర్థ్యం, విస్తృత శ్రేణి స్కానింగ్ సామర్థ్యం మరియు తక్కువ ప్రొఫైల్‌తో వివిధ యాంటెన్నా నిర్మాణాలను గ్రహించడానికి వాటి అత్యంత సాధారణ మరియు సంబంధిత అనువర్తనాలపై దృష్టి పెడుతుంది. అవి క్రింద చర్చించబడ్డాయి.

1. బ్రాడ్‌బ్యాండ్ మరియు మల్టీ-ఫ్రీక్వెన్సీ యాంటెన్నాలు
l పొడవు కలిగిన ఒక సాధారణ TLలో, కోణీయ పౌనఃపున్యం ω0 ఇచ్చినప్పుడు, ప్రసార రేఖ యొక్క విద్యుత్ పొడవు (లేదా దశ)ను ఈ క్రింది విధంగా లెక్కించవచ్చు:

vp అనేది ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ యొక్క దశ వేగాన్ని సూచిస్తుంది. పైన పేర్కొన్న దాని నుండి చూడగలిగినట్లుగా, బ్యాండ్‌విడ్త్ గ్రూప్ ఆలస్యంకు దగ్గరగా ఉంటుంది, ఇది ఫ్రీక్వెన్సీకి సంబంధించి φ యొక్క ఉత్పన్నం. అందువల్ల, ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ పొడవు తగ్గుతున్న కొద్దీ, బ్యాండ్‌విడ్త్ కూడా విస్తృతంగా మారుతుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ యొక్క ప్రాథమిక దశ మధ్య విలోమ సంబంధం ఉంది, ఇది డిజైన్ నిర్దిష్టంగా ఉంటుంది. సాంప్రదాయ పంపిణీ చేయబడిన సర్క్యూట్‌లలో, ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను నియంత్రించడం సులభం కాదని ఇది చూపిస్తుంది. స్వేచ్ఛ డిగ్రీల పరంగా సాంప్రదాయ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌ల పరిమితులకు ఇది కారణమని చెప్పవచ్చు. అయితే, లోడింగ్ ఎలిమెంట్స్ మెటామెటీరియల్ TLలలో అదనపు పారామితులను ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తాయి మరియు దశ ప్రతిస్పందనను కొంతవరకు నియంత్రించవచ్చు. బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి, వ్యాప్తి లక్షణాల యొక్క ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ దగ్గర ఇలాంటి వాలు ఉండటం అవసరం. కృత్రిమ మెటామెటీరియల్ TL ఈ లక్ష్యాన్ని సాధించగలదు. ఈ విధానం ఆధారంగా, యాంటెన్నాల బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి అనేక పద్ధతులు పత్రంలో ప్రతిపాదించబడ్డాయి. పండితులు స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌లతో లోడ్ చేయబడిన రెండు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ యాంటెన్నాలను రూపొందించారు మరియు తయారు చేశారు (చిత్రం 7 చూడండి). చిత్రం 7లో చూపిన ఫలితాలు, సాంప్రదాయ మోనోపోల్ యాంటెన్నాతో స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌ను లోడ్ చేసిన తర్వాత, తక్కువ రెసొనెంట్ ఫ్రీక్వెన్సీ మోడ్ ఉత్తేజితమవుతుందని చూపిస్తుంది. స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్ యొక్క పరిమాణం మోనోపోల్ యాంటెన్నాకు దగ్గరగా ప్రతిధ్వనిని సాధించడానికి ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. రెండు ప్రతిధ్వనులు కలిసినప్పుడు, యాంటెన్నా యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు రేడియేషన్ లక్షణాలు పెరుగుతాయని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. మోనోపోల్ యాంటెన్నా యొక్క పొడవు మరియు వెడల్పు వరుసగా 0.25λ0×0.11λ0 మరియు 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz), మరియు స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌తో లోడ్ చేయబడిన మోనోపోల్ యాంటెన్నా యొక్క పొడవు మరియు వెడల్పు వరుసగా 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz). స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్ లేని సాంప్రదాయ F-ఆకారపు యాంటెన్నా మరియు T-ఆకారపు యాంటెన్నాకు, 5GHz బ్యాండ్‌లో కొలవబడిన అత్యధిక లాభం మరియు రేడియేషన్ సామర్థ్యం వరుసగా 3.6dBi - 78.5% మరియు 3.9dBi - 80.2%. స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌తో లోడ్ చేయబడిన యాంటెన్నా కోసం, ఈ పారామితులు 6GHz బ్యాండ్‌లో వరుసగా 4dBi - 81.2% మరియు 4.4dBi - 83%. మోనోపోల్ యాంటెన్నాపై సరిపోలే లోడ్‌గా స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌ను అమలు చేయడం ద్వారా, 2.9GHz ~ 6.41GHz మరియు 2.6GHz ~ 6.6GHz బ్యాండ్‌లకు మద్దతు ఇవ్వవచ్చు, ఇవి వరుసగా 75.4% మరియు ~87% పాక్షిక బ్యాండ్‌విడ్త్‌లకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. ఈ ఫలితాలు సుమారుగా స్థిర పరిమాణంలోని సాంప్రదాయ మోనోపోల్ యాంటెన్నాలతో పోలిస్తే కొలత బ్యాండ్‌విడ్త్ సుమారు 2.4 రెట్లు మరియు 2.11 రెట్లు మెరుగుపడిందని చూపిస్తున్నాయి.

చిత్రం 7. స్ప్లిట్-రింగ్ రెసొనేటర్లతో లోడ్ చేయబడిన రెండు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ యాంటెన్నాలు.

చిత్రం 8లో చూపిన విధంగా, కాంపాక్ట్ ప్రింటెడ్ మోనోపోల్ యాంటెన్నా యొక్క ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు చూపించబడ్డాయి. S11≤- 10 dB ఉన్నప్పుడు, ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 185% (0.115-2.90 GHz), మరియు 1.45 GHz వద్ద, పీక్ గెయిన్ మరియు రేడియేషన్ సామర్థ్యం వరుసగా 2.35 dBi మరియు 78.8%. యాంటెన్నా యొక్క లేఅవుట్ బ్యాక్-టు-బ్యాక్ త్రిభుజాకార షీట్ నిర్మాణాన్ని పోలి ఉంటుంది, ఇది కర్విలినియర్ పవర్ డివైడర్ ద్వారా అందించబడుతుంది. కత్తిరించబడిన GND ఫీడర్ కింద ఉంచబడిన సెంట్రల్ స్టబ్‌ను కలిగి ఉంటుంది మరియు దాని చుట్టూ నాలుగు ఓపెన్ రెసొనెంట్ రింగులు పంపిణీ చేయబడతాయి, ఇది యాంటెన్నా యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను విస్తృతం చేస్తుంది. యాంటెన్నా దాదాపుగా సర్వ దిశాత్మకంగా ప్రసరిస్తుంది, చాలా VHF మరియు S బ్యాండ్‌లను మరియు అన్ని UHF మరియు L బ్యాండ్‌లను కవర్ చేస్తుంది. యాంటెన్నా యొక్క భౌతిక పరిమాణం 48.32×43.72×0.8 mm3, మరియు విద్యుత్ పరిమాణం 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0. ఇది చిన్న పరిమాణం మరియు తక్కువ ధర యొక్క ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది మరియు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లలో సంభావ్య అప్లికేషన్ అవకాశాలను కలిగి ఉంది.

చిత్రం 8: స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌తో లోడ్ చేయబడిన మోనోపోల్ యాంటెన్నా.

చిత్రం 9 రెండు వయాస్ ద్వారా కత్తిరించబడిన T-ఆకారపు గ్రౌండ్ ప్లేన్‌కు గ్రౌండ్ చేయబడిన రెండు జతల ఇంటర్‌కనెక్టడ్ మెండర్ వైర్ లూప్‌లను కలిగి ఉన్న ప్లానార్ యాంటెన్నా నిర్మాణాన్ని చూపిస్తుంది. యాంటెన్నా పరిమాణం 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0), ఇక్కడ λ0 అనేది 0.55 GHz యొక్క ఖాళీ స్థల తరంగదైర్ఘ్యం. యాంటెన్నా 0.55 ~ 3.85 GHz ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో E-ప్లేన్‌లో సర్వ దిశాత్మకంగా ప్రసరిస్తుంది, 2.35GHz వద్ద గరిష్టంగా 5.5dBi లాభం మరియు 90.1% సామర్థ్యంతో. ఈ లక్షణాలు ప్రతిపాదిత యాంటెన్నాను UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi మరియు బ్లూటూత్‌తో సహా వివిధ అప్లికేషన్‌లకు అనుకూలంగా చేస్తాయి.

చిత్రం 9 ప్రతిపాదిత ప్లానర్ యాంటెన్నా నిర్మాణం.

2. లీకీ వేవ్ యాంటెన్నా (LWA)
కొత్త లీకీ వేవ్ యాంటెన్నా కృత్రిమ మెటామెటీరియల్ TLని గ్రహించడానికి ప్రధాన అనువర్తనాల్లో ఒకటి. లీకీ వేవ్ యాంటెన్నాల కోసం, రేడియేషన్ కోణం (θm) మరియు గరిష్ట బీమ్ వెడల్పు (Δθ) పై దశ స్థిరాంకం β ప్రభావం క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

L అనేది యాంటెన్నా పొడవు, k0 అనేది ఖాళీ స్థలంలో తరంగ సంఖ్య, మరియు λ0 అనేది ఖాళీ స్థలంలో తరంగదైర్ఘ్యం. |β| ఉన్నప్పుడు మాత్రమే రేడియేషన్ సంభవిస్తుందని గమనించండి.

3. జీరో-ఆర్డర్ రెసొనేటర్ యాంటెన్నా
CRLH మెటామెటీరియల్ యొక్క ప్రత్యేక లక్షణం ఏమిటంటే, ఫ్రీక్వెన్సీ సున్నాకి సమానం కానప్పుడు β 0 కావచ్చు. ఈ లక్షణం ఆధారంగా, కొత్త జీరో-ఆర్డర్ రెసొనేటర్ (ZOR) ను ఉత్పత్తి చేయవచ్చు. β సున్నా అయినప్పుడు, మొత్తం రెసొనేటర్‌లో ఎటువంటి ఫేజ్ షిఫ్ట్ జరగదు. ఎందుకంటే ఫేజ్ షిఫ్ట్ స్థిరాంకం φ = - βd = 0. అదనంగా, ప్రతిధ్వని రియాక్టివ్ లోడ్‌పై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు నిర్మాణం యొక్క పొడవు నుండి స్వతంత్రంగా ఉంటుంది. ప్రతిపాదిత యాంటెన్నా రెండు మరియు మూడు యూనిట్లను E-ఆకారంతో వర్తింపజేయడం ద్వారా తయారు చేయబడిందని మరియు మొత్తం పరిమాణం వరుసగా 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 మరియు 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 అని చిత్రం 10 చూపిస్తుంది, ఇక్కడ λ0 వరుసగా 500 MHz మరియు 650 MHz ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద ఖాళీ స్థలం యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ యాంటెన్నా 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) మరియు 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) పౌనఃపున్యాల వద్ద పనిచేస్తుంది, సాపేక్ష బ్యాండ్‌విడ్త్‌లు 91.9% మరియు 96.0%. చిన్న పరిమాణం మరియు విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్ లక్షణాలతో పాటు, మొదటి మరియు రెండవ యాంటెన్నాల లాభం మరియు సామర్థ్యం వరుసగా 5.3dBi మరియు 85% (1GHz) మరియు 5.7dBi మరియు 90% (1.4GHz).

చిత్రం 10 ప్రతిపాదిత డబుల్-E మరియు ట్రిపుల్-E యాంటెన్నా నిర్మాణాలు.

4. స్లాట్ యాంటెన్నా
CRLH-MTM యాంటెన్నా యొక్క ఎపర్చర్‌ను విస్తరించడానికి ఒక సరళమైన పద్ధతి ప్రతిపాదించబడింది, కానీ దాని యాంటెన్నా పరిమాణం దాదాపుగా మారదు. చిత్రం 11లో చూపినట్లుగా, యాంటెన్నా ఒకదానిపై ఒకటి నిలువుగా పేర్చబడిన CRLH యూనిట్లను కలిగి ఉంటుంది, వీటిలో ప్యాచ్‌లు మరియు మెండర్ లైన్‌లు ఉంటాయి మరియు ప్యాచ్‌పై S-ఆకారపు స్లాట్ ఉంటుంది. యాంటెన్నా CPW మ్యాచింగ్ స్టబ్ ద్వారా ఫీడ్ చేయబడుతుంది మరియు దాని పరిమాణం 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, ఇది 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0కి అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇక్కడ λ0 (3.5GHz) ఖాళీ స్థలం యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని సూచిస్తుంది. యాంటెన్నా 0.85-7.90GHz ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో పనిచేస్తుందని మరియు దాని ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 161.14% అని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. యాంటెన్నా యొక్క అత్యధిక రేడియేషన్ లాభం మరియు సామర్థ్యం 3.5GHz వద్ద కనిపిస్తాయి, ఇవి వరుసగా 5.12dBi మరియు ~80%.