వార్తలు - మెటామెటీరియల్స్ ఆధారిత ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ యాంటెనాల సమీక్ష (భాగం 2)

2. యాంటెన్నా వ్యవస్థలలో MTM-TL యొక్క అనువర్తనం
ఈ విభాగం కృత్రిమ మెటామెటీరియల్ TLలు మరియు తక్కువ ఖర్చు, సులభమైన తయారీ, సూక్ష్మీకరణ, విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్, అధిక గెయిన్ మరియు సామర్థ్యం, విస్తృత శ్రేణి స్కానింగ్ సామర్థ్యం మరియు తక్కువ ప్రొఫైల్‌తో వివిధ యాంటెన్నా నిర్మాణాలను రూపొందించడానికి ఉపయోగపడే వాటి యొక్క కొన్ని అత్యంత సాధారణ మరియు సంబంధిత అనువర్తనాలపై దృష్టి సారిస్తుంది. వాటిని క్రింద చర్చించడం జరిగింది.

1. బ్రాడ్‌బ్యాండ్ మరియు బహుళ-ఫ్రీక్వెన్సీ యాంటెనాలు
l పొడవు గల ఒక సాధారణ TLలో, కోణీయ పౌనఃపున్యం ω0 ఇవ్వబడినప్పుడు, ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ యొక్క విద్యుత్ పొడవును (లేదా దశను) ఈ క్రింది విధంగా లెక్కించవచ్చు:

ఇక్కడ vp అనేది ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ యొక్క ఫేజ్ వేగాన్ని సూచిస్తుంది. పైన చూసినట్లుగా, బ్యాండ్‌విడ్త్ గ్రూప్ డిలేకి దగ్గరగా ఉంటుంది, ఇది ఫ్రీక్వెన్సీకి సంబంధించి φ యొక్క డెరివేటివ్. అందువల్ల, ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ పొడవు తగ్గే కొద్దీ, బ్యాండ్‌విడ్త్ కూడా పెరుగుతుంది. మరో మాటలో చెప్పాలంటే, బ్యాండ్‌విడ్త్ మరియు ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్ యొక్క ఫండమెంటల్ ఫేజ్ మధ్య విలోమ సంబంధం ఉంటుంది, ఇది డిజైన్‌పై ఆధారపడి ఉంటుంది. సాంప్రదాయ డిస్ట్రిబ్యూటెడ్ సర్క్యూట్‌లలో, ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను నియంత్రించడం అంత సులభం కాదని ఇది చూపిస్తుంది. దీనికి కారణం, డిగ్రీస్ ఆఫ్ ఫ్రీడమ్ పరంగా సాంప్రదాయ ట్రాన్స్‌మిషన్ లైన్‌లకు ఉన్న పరిమితులు. అయితే, లోడింగ్ ఎలిమెంట్స్ మెటామెటీరియల్ TLలలో అదనపు పారామితులను ఉపయోగించడానికి అనుమతిస్తాయి, మరియు ఫేజ్ రెస్పాన్స్‌ను కొంతవరకు నియంత్రించవచ్చు. బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి, డిస్పర్షన్ క్యారెక్టరిస్టిక్స్ యొక్క ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీకి దగ్గరగా ఒకే విధమైన స్లోప్ ఉండటం అవసరం. ఆర్టిఫిషియల్ మెటామెటీరియల్ TL ఈ లక్ష్యాన్ని సాధించగలదు. ఈ విధానం ఆధారంగా, యాంటెనాల బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను పెంచడానికి అనేక పద్ధతులు ఈ పేపర్‌లో ప్రతిపాదించబడ్డాయి. పండితులు స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్లతో లోడ్ చేయబడిన రెండు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ యాంటెనాలను డిజైన్ చేసి, తయారు చేశారు (మూర్తి 7 చూడండి). సాంప్రదాయ మోనోపోల్ యాంటెన్నాతో స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌ను లోడ్ చేసిన తర్వాత, తక్కువ రెసొనెంట్ ఫ్రీక్వెన్సీ మోడ్ ప్రేరేపించబడుతుందని చిత్రం 7లో చూపిన ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. మోనోపోల్ యాంటెన్నా యొక్క రెసొనెన్స్‌కు దగ్గరగా ఉండే రెసొనెన్స్‌ను సాధించడానికి స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్ పరిమాణం ఆప్టిమైజ్ చేయబడింది. రెండు రెసొనెన్స్‌లు ఏకీభవించినప్పుడు, 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). సాంప్రదాయ F-ఆకారపు యాంటెన్నా మరియు స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్ లేని T-ఆకారపు యాంటెన్నా కోసం, 5GHz బ్యాండ్‌లో కొలవబడిన అత్యధిక గెయిన్ మరియు రేడియేషన్ సామర్థ్యం వరుసగా 3.6dBi - 78.5% మరియు 3.9dBi - 80.2%. స్ప్లిట్ రింగ్ రెసోనేటర్‌తో కూడిన యాంటెన్నా కోసం, 6GHz బ్యాండ్‌లో ఈ పారామీటర్లు వరుసగా 4dBi - 81.2% మరియు 4.4dBi - 83%గా ఉన్నాయి. మోనోపోల్ యాంటెన్నాపై స్ప్లిట్ రింగ్ రెసోనేటర్‌ను మ్యాచింగ్ లోడ్‌గా అమలు చేయడం ద్వారా, 2.9GHz ~ 6.41GHz మరియు 2.6GHz ~ 6.6GHz బ్యాండ్‌లకు మద్దతు ఇవ్వవచ్చు, ఇవి వరుసగా 75.4% మరియు ~87% ఫ్రాక్షనల్ బ్యాండ్‌విడ్త్‌లకు అనుగుణంగా ఉంటాయి. దాదాపు స్థిర పరిమాణంలో ఉండే సాంప్రదాయ మోనోపోల్ యాంటెన్నాలతో పోలిస్తే, కొలత బ్యాండ్‌విడ్త్ సుమారుగా 2.4 రెట్లు మరియు 2.11 రెట్లు మెరుగుపడిందని ఈ ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి.

పటం 7. స్ప్లిట్-రింగ్ రెసోనేటర్లతో అమర్చబడిన రెండు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ యాంటెనాలు.

పటం 8లో చూపిన విధంగా, కాంపాక్ట్ ప్రింటెడ్ మోనోపోల్ యాంటెనా యొక్క ప్రయోగాత్మక ఫలితాలు చూపబడ్డాయి. S11≤- 10 dB ఉన్నప్పుడు, ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 185% (0.115-2.90 GHz)గా ఉంటుంది, మరియు 1.45 GHz వద్ద, పీక్ గెయిన్ మరియు రేడియేషన్ ఎఫిషియెన్సీ వరుసగా 2.35 dBi మరియు 78.8%గా ఉన్నాయి. ఈ యాంటెనా యొక్క అమరిక, ఒకదానికొకటి వెనుకగా అమర్చిన త్రిభుజాకార షీట్ నిర్మాణాన్ని పోలి ఉంటుంది, దీనికి కర్విలీనియర్ పవర్ డివైడర్ ద్వారా ఫీడ్ చేయబడుతుంది. కత్తిరించబడిన GNDలో ఫీడర్ కింద ఒక సెంట్రల్ స్టబ్ ఉంటుంది, మరియు దాని చుట్టూ నాలుగు ఓపెన్ రెసొనెంట్ రింగులు పంపిణీ చేయబడి ఉంటాయి, ఇవి యాంటెనా యొక్క బ్యాండ్‌విడ్త్‌ను విస్తృతం చేస్తాయి. ఈ యాంటెనా దాదాపు అన్ని దిశలలోనూ రేడియేట్ చేస్తుంది, ఇది చాలా వరకు 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 వంటి ప్రయోజనాలను కలిగి ఉంది మరియు బ్రాడ్‌బ్యాండ్ వైర్‌లెస్ కమ్యూనికేషన్ సిస్టమ్‌లలో సంభావ్య అనువర్తన అవకాశాలను కలిగి ఉంది.

పటం 8: స్ప్లిట్ రింగ్ రెసొనేటర్‌తో అమర్చబడిన మోనోపోల్ యాంటెన్నా.

పటం 9, రెండు వయాస్ ద్వారా ఒక ఖండించిన T-ఆకారపు గ్రౌండ్ ప్లేన్‌కు గ్రౌండ్ చేయబడిన, ఒకదానికొకటి అనుసంధానించబడిన రెండు జతల మీండర్ వైర్ లూప్‌లను కలిగి ఉన్న ఒక సమతల యాంటెన్నా నిర్మాణాన్ని చూపిస్తుంది. యాంటెన్నా పరిమాణం 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0), ఇక్కడ λ0 అనేది 0.55 GHz ఫ్రీ స్పేస్ తరంగదైర్ఘ్యం. ఈ యాంటెన్నా 0.55 ~ 3.85 GHz ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో E-ప్లేన్‌లో సర్వదిశలా వికిరణం చేస్తుంది, 2.35GHz వద్ద 5.5dBi గరిష్ట గెయిన్ మరియు 90.1% సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉంటుంది. ఈ లక్షణాలు ప్రతిపాదిత యాంటెన్నాను UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi మరియు బ్లూటూత్ వంటి వివిధ అనువర్తనాలకు అనువుగా చేస్తాయి.

పటం 9 ప్రతిపాదిత సమతల యాంటెన్నా నిర్మాణం.

2. లీకీ వేవ్ యాంటెన్నా (LWA)
కొత్త లీకీ వేవ్ యాంటెన్నా అనేది కృత్రిమ మెటామెటీరియల్ TLను రూపొందించడానికి ఉపయోగపడే ప్రధాన అనువర్తనాలలో ఒకటి. లీకీ వేవ్ యాంటెన్నాల విషయంలో, రేడియేషన్ కోణం (θm) మరియు గరిష్ట బీమ్ వెడల్పు (Δθ) పై ఫేజ్ స్థిరాంకం β యొక్క ప్రభావం ఈ క్రింది విధంగా ఉంటుంది:

L అనేది యాంటెన్నా పొడవు, k0 అనేది శూన్యంలో తరంగ సంఖ్య, మరియు λ0 అనేది శూన్యంలో తరంగదైర్ఘ్యం. |β| ఉన్నప్పుడు మాత్రమే వికిరణం సంభవిస్తుందని గమనించండి.

3. జీరో-ఆర్డర్ రెసోనేటర్ యాంటెన్నా
CRLH మెటామెటీరియల్ యొక్క ఒక ప్రత్యేక లక్షణం ఏమిటంటే, ఫ్రీక్వెన్సీ సున్నా కానప్పుడు β విలువ 0 కావచ్చు. ఈ లక్షణం ఆధారంగా, ఒక కొత్త జీరో-ఆర్డర్ రెసొనేటర్ (ZOR) ను రూపొందించవచ్చు. β సున్నా అయినప్పుడు, మొత్తం రెసొనేటర్‌లో ఎటువంటి ఫేజ్ షిఫ్ట్ జరగదు. దీనికి కారణం ఫేజ్ షిఫ్ట్ స్థిరాంకం φ = - βd = 0. అదనంగా, రెసొనెన్స్ కేవలం రియాక్టివ్ లోడ్‌పై మాత్రమే ఆధారపడి ఉంటుంది మరియు నిర్మాణం యొక్క పొడవుపై ఆధారపడదు. ప్రతిపాదిత యాంటెన్నాను E-ఆకారంతో రెండు మరియు మూడు యూనిట్లను ఉపయోగించి తయారు చేశారని పటం 10 చూపిస్తుంది, మరియు వాటి మొత్తం పరిమాణం వరుసగా 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 మరియు 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, ఇక్కడ λ0 అనేది వరుసగా 500 MHz మరియు 650 MHz ఆపరేటింగ్ ఫ్రీక్వెన్సీల వద్ద ఫ్రీ స్పేస్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ యాంటెన్నా 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) మరియు 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) పౌనఃపున్యాల వద్ద, వరుసగా 91.9% మరియు 96.0% సాపేక్ష బ్యాండ్‌విడ్త్‌లతో పనిచేస్తుంది. చిన్న పరిమాణం మరియు విస్తృత బ్యాండ్‌విడ్త్ లక్షణాలతో పాటు, మొదటి మరియు రెండవ యాంటెన్నాల గెయిన్ మరియు సామర్థ్యం వరుసగా 5.3dBi మరియు 85% (1GHz) మరియు 5.7dBi మరియు 90% (1.4GHz) గా ఉన్నాయి.

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

4. స్లాట్ యాంటెన్నా
CRLH-MTM యాంటెనా యొక్క అపెర్చర్‌ను విస్తరించడానికి ఒక సులభమైన పద్ధతి ప్రతిపాదించబడింది, కానీ దాని యాంటెనా పరిమాణం దాదాపుగా మారలేదు. పటం 11లో చూపిన విధంగా, ఈ యాంటెనాలో ఒకదానిపై ఒకటి నిలువుగా పేర్చబడిన CRLH యూనిట్లు ఉంటాయి, వీటిలో ప్యాచ్‌లు మరియు మీండర్ లైన్‌లు ఉంటాయి, మరియు ప్యాచ్‌పై ఒక S-ఆకారపు స్లాట్ ఉంటుంది. ఈ యాంటెనాకు CPW మ్యాచింగ్ స్టబ్ ద్వారా ఫీడ్ చేయబడుతుంది, మరియు దాని పరిమాణం 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, ఇది 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0కు అనుగుణంగా ఉంటుంది, ఇక్కడ λ0 (3.5GHz) ఫ్రీ స్పేస్ యొక్క తరంగదైర్ఘ్యాన్ని సూచిస్తుంది. ఈ యాంటెనా 0.85-7.90GHz ఫ్రీక్వెన్సీ బ్యాండ్‌లో పనిచేస్తుందని మరియు దాని ఆపరేటింగ్ బ్యాండ్‌విడ్త్ 161.14% అని ఫలితాలు చూపిస్తున్నాయి. యాంటెనా యొక్క అత్యధిక రేడియేషన్ గెయిన్ మరియు సామర్థ్యం 3.5GHz వద్ద కనిపిస్తాయి, అవి వరుసగా 5.12dBi మరియు ~80%.