വാർത്ത - മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈൻ ആന്റിനകളുടെ ഒരു അവലോകനം (ഭാഗം 2)

2. ആന്റിന സിസ്റ്റങ്ങളിൽ MTM-TL ന്റെ പ്രയോഗം
കുറഞ്ഞ ചെലവ്, എളുപ്പത്തിലുള്ള നിർമ്മാണം, മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ, വൈഡ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, ഉയർന്ന നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും, വൈഡ് റേഞ്ച് സ്കാനിംഗ് ശേഷി, ലോ പ്രൊഫൈൽ എന്നിവയുള്ള വിവിധ ആന്റിന ഘടനകൾ യാഥാർത്ഥ്യമാക്കുന്നതിനുള്ള കൃത്രിമ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ TL-കളിലും അവയുടെ ഏറ്റവും സാധാരണവും പ്രസക്തവുമായ ചില ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലും ഈ വിഭാഗം ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കും. അവ ചുവടെ ചർച്ചചെയ്യുന്നു.

1. ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ്, മൾട്ടി-ഫ്രീക്വൻസി ആന്റിനകൾ
l നീളമുള്ള ഒരു സാധാരണ TL-ൽ, കോണീയ ആവൃത്തി ω0 നൽകുമ്പോൾ, ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിന്റെ വൈദ്യുത നീളം (അല്ലെങ്കിൽ ഘട്ടം) ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ കണക്കാക്കാം:

ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിന്റെ ഫേസ് പ്രവേഗത്തെ vp പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നിടത്ത്. മുകളിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഗ്രൂപ്പ് ഡിലേയുമായി അടുത്ത് യോജിക്കുന്നു, ഇത് ഫ്രീക്വൻസിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് φ യുടെ ഡെറിവേറ്റീവാണ്. അതിനാൽ, ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിന്റെ നീളം കുറയുമ്പോൾ, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും വിശാലമാകുന്നു. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തിനും ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിന്റെ അടിസ്ഥാന ഘട്ടത്തിനും ഇടയിൽ ഒരു വിപരീത ബന്ധമുണ്ട്, അത് ഡിസൈൻ നിർദ്ദിഷ്ടമാണ്. പരമ്പരാഗത ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് സർക്യൂട്ടുകളിൽ, ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് നിയന്ത്രിക്കാൻ എളുപ്പമല്ലെന്ന് ഇത് കാണിക്കുന്നു. പരമ്പരാഗത ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനുകളുടെ സ്വാതന്ത്ര്യത്തിന്റെ അളവുകളുടെ പരിമിതികളാണ് ഇതിന് കാരണമെന്ന് പറയാം. എന്നിരുന്നാലും, ലോഡിംഗ് ഘടകങ്ങൾ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ TL-കളിൽ അധിക പാരാമീറ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഫേസ് പ്രതികരണം ഒരു പരിധിവരെ നിയന്ത്രിക്കാനും കഴിയും. ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന്, ഡിസ്‌പർഷൻ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ഫ്രീക്വൻസിക്ക് സമീപം സമാനമായ ഒരു ചരിവ് ഉണ്ടായിരിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. കൃത്രിമ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ TL-ന് ഈ ലക്ഷ്യം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ഈ സമീപനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ആന്റിനകളുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള നിരവധി രീതികൾ പ്രബന്ധത്തിൽ നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്. സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്ററുകൾ ലോഡ് ചെയ്ത രണ്ട് ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ആന്റിനകൾ പണ്ഡിതന്മാർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്ത് നിർമ്മിച്ചിട്ടുണ്ട് (ചിത്രം 7 കാണുക). ചിത്രം 7-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത്, പരമ്പരാഗത മോണോപോൾ ആന്റിന ഉപയോഗിച്ച് സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ലോഡ് ചെയ്തതിനുശേഷം, ഒരു കുറഞ്ഞ റെസൊണന്റ് ഫ്രീക്വൻസി മോഡ് ഉത്തേജിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു എന്നാണ്. മോണോപോൾ ആന്റിനയുടേതിന് അടുത്തുള്ള ഒരു റെസൊണൻസ് നേടുന്നതിന് സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിന്റെ വലുപ്പം ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തിരിക്കുന്നു. രണ്ട് റെസൊണൻസുകളും ഒത്തുചേരുമ്പോൾ, ആന്റിനയുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും റേഡിയേഷൻ സ്വഭാവസവിശേഷതകളും വർദ്ധിക്കുന്നുവെന്ന് ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. മോണോപോൾ ആന്റിനയുടെ നീളവും വീതിയും യഥാക്രമം 0.25λ0×0.11λ0 ഉം 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz) ഉം, സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് ലോഡ് ചെയ്ത മോണോപോൾ ആന്റിനയുടെ നീളവും വീതിയും യഥാക്രമം 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz) ഉം ആണ്. സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഇല്ലാത്ത പരമ്പരാഗത F-ആകൃതിയിലുള്ള ആന്റിനയ്ക്കും T-ആകൃതിയിലുള്ള ആന്റിനയ്ക്കും, 5GHz ബാൻഡിൽ അളക്കുന്ന ഏറ്റവും ഉയർന്ന നേട്ടവും റേഡിയേഷൻ കാര്യക്ഷമതയും യഥാക്രമം 3.6dBi - 78.5% ഉം 3.9dBi - 80.2% ഉം ആണ്. സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസണേറ്റർ ലോഡ് ചെയ്ത ആന്റിനയ്ക്ക്, 6GHz ബാൻഡിൽ ഈ പാരാമീറ്ററുകൾ യഥാക്രമം 4dBi - 81.2% ഉം 4.4dBi - 83% ഉം ആണ്. മോണോപോൾ ആന്റിനയിൽ പൊരുത്തപ്പെടുന്ന ലോഡായി ഒരു സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസണേറ്റർ നടപ്പിലാക്കുന്നതിലൂടെ, 2.9GHz ~ 6.41GHz ഉം 2.6GHz ~ 6.6GHz ഉം ബാൻഡുകളെ പിന്തുണയ്ക്കാൻ കഴിയും, ഇത് യഥാക്രമം 75.4% ഉം ~87% ഉം ഫ്രാക്ഷണൽ ബാൻഡ്‌വിഡ്‌ത്തുകൾക്ക് തുല്യമാണ്. ഏകദേശം നിശ്ചിത വലുപ്പത്തിലുള്ള പരമ്പരാഗത മോണോപോൾ ആന്റിനകളുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ മെഷർമെന്റ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഏകദേശം 2.4 മടങ്ങും 2.11 മടങ്ങും മെച്ചപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെന്ന് ഈ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

ചിത്രം 7. സ്പ്ലിറ്റ്-റിംഗ് റെസൊണേറ്ററുകൾ ഘടിപ്പിച്ച രണ്ട് ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ആന്റിനകൾ.

ചിത്രം 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, കോം‌പാക്റ്റ് പ്രിന്റഡ് മോണോപോൾ ആന്റിനയുടെ പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. S11≤- 10 dB ആയിരിക്കുമ്പോൾ, ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 185% (0.115-2.90 GHz) ആണ്, കൂടാതെ 1.45 GHz-ൽ, പീക്ക് ഗെയിൻ, റേഡിയേഷൻ കാര്യക്ഷമത എന്നിവ യഥാക്രമം 2.35 dBi ഉം 78.8% ഉം ആണ്. ആന്റിനയുടെ ലേഔട്ട് ഒരു വളഞ്ഞ പവർ ഡിവൈഡർ നൽകുന്ന ഒരു ബാക്ക്-ടു-ബാക്ക് ത്രികോണ ഷീറ്റ് ഘടനയ്ക്ക് സമാനമാണ്. വെട്ടിച്ചുരുക്കിയ GND-യിൽ ഫീഡറിന് കീഴിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു സെൻട്രൽ സ്റ്റബ് അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ നാല് തുറന്ന റെസൊണന്റ് വളയങ്ങൾ അതിനു ചുറ്റും വിതരണം ചെയ്യുന്നു, ഇത് ആന്റിനയുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വിശാലമാക്കുന്നു. ആന്റിന ഏതാണ്ട് ഓമ്‌നിഡയറക്ഷണലായി വികിരണം ചെയ്യുന്നു, മിക്ക VHF, S ബാൻഡുകളെയും എല്ലാ UHF, L ബാൻഡുകളെയും ഉൾക്കൊള്ളുന്നു. ആന്റിനയുടെ ഭൗതിക വലുപ്പം 48.32×43.72×0.8 mm3 ഉം, വൈദ്യുത വലുപ്പം 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0 ഉം ആണ്. ചെറിയ വലിപ്പം, കുറഞ്ഞ വില എന്നീ ഗുണങ്ങൾ ഇതിനുണ്ട്, കൂടാതെ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ പ്രയോഗ സാധ്യതകളും ഇതിനുണ്ട്.

ചിത്രം 8: സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസണേറ്റർ ലോഡ് ചെയ്ത മോണോപോൾ ആന്റിന.

ചിത്രം 9, രണ്ട് വയാസ് വഴി വെട്ടിച്ചുരുക്കിയ T-ആകൃതിയിലുള്ള ഗ്രൗണ്ട് പ്ലെയിനിലേക്ക് ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്ത രണ്ട് ജോഡി പരസ്പരബന്ധിതമായ മെൻഡർ വയർ ലൂപ്പുകൾ അടങ്ങുന്ന ഒരു പ്ലാനർ ആന്റിന ഘടന കാണിക്കുന്നു. ആന്റിന വലുപ്പം 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0) ആണ്, ഇവിടെ λ0 എന്നത് 0.55 GHz ന്റെ സ്വതന്ത്ര സ്ഥല തരംഗദൈർഘ്യമാണ്. 0.55 ~ 3.85 GHz ന്റെ ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൽ E-പ്ലെയിനിൽ ആന്റിന ഓമ്‌നിഡയറക്ഷണലായി വികിരണം ചെയ്യുന്നു, 2.35GHz ൽ പരമാവധി 5.5dBi നേട്ടവും 90.1% കാര്യക്ഷമതയും ഉണ്ട്. ഈ സവിശേഷതകൾ UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi, Bluetooth എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് നിർദ്ദിഷ്ട ആന്റിനയെ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.

ചിത്രം 9 നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ട പ്ലാനർ ആന്റിന ഘടന.

2. ലീക്കി വേവ് ആന്റിന (LWA)
കൃത്രിമ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ TL യാഥാർത്ഥ്യമാക്കുന്നതിനുള്ള പ്രധാന ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഒന്നാണ് പുതിയ ലീക്കി വേവ് ആന്റിന. ലീക്കി വേവ് ആന്റിനകൾക്ക്, ഫേസ് കോൺസ്റ്റന്റ് β യുടെ റേഡിയേഷൻ ആംഗിളിലും (θm) പരമാവധി ബീം വീതിയിലും (Δθ) ഉണ്ടാകുന്ന പ്രഭാവം ഇപ്രകാരമാണ്:

L എന്നത് ആന്റിന നീളമാണ്, k0 എന്നത് സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്തെ തരംഗ സംഖ്യയാണ്, λ0 എന്നത് സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്തെ തരംഗദൈർഘ്യവുമാണ്. |β| ആയിരിക്കുമ്പോൾ മാത്രമേ വികിരണം സംഭവിക്കൂ എന്ന് ശ്രദ്ധിക്കുക.

3. സീറോ-ഓർഡർ റെസൊണേറ്റർ ആന്റിന
CRLH മെറ്റാമെറ്റീരിയലിന്റെ ഒരു സവിശേഷ ഗുണം, ഫ്രീക്വൻസി പൂജ്യത്തിന് തുല്യമല്ലാത്തപ്പോൾ β 0 ആയിരിക്കാം എന്നതാണ്. ഈ പ്രോപ്പർട്ടിയെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഒരു പുതിയ സീറോ-ഓർഡർ റെസൊണേറ്റർ (ZOR) സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും. β പൂജ്യമാകുമ്പോൾ, മുഴുവൻ റെസൊണേറ്ററിലും ഫേസ് ഷിഫ്റ്റ് സംഭവിക്കുന്നില്ല. കാരണം, ഫേസ് ഷിഫ്റ്റ് സ്ഥിരാങ്കം φ = - βd = 0 ആണ്. കൂടാതെ, റെസൊണൻസ് റിയാക്ടീവ് ലോഡിനെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഘടനയുടെ നീളത്തിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രവുമാണ്. E- ആകൃതിയിലുള്ള രണ്ട്, മൂന്ന് യൂണിറ്റുകൾ പ്രയോഗിച്ചാണ് നിർദ്ദിഷ്ട ആന്റിന നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നതെന്ന് ചിത്രം 10 കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ മൊത്തം വലുപ്പം യഥാക്രമം 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 ഉം 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 ഉം ആണ്, ഇവിടെ λ0 യഥാക്രമം 500 MHz, 650 MHz എന്നീ പ്രവർത്തന ആവൃത്തികളിലെ സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ആന്റിന 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) ഉം 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) ഉം ആവൃത്തികളിലാണ് പ്രവർത്തിക്കുന്നത്, ആപേക്ഷിക ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 91.9% ഉം 96.0% ഉം ആണ്. ചെറിയ വലിപ്പത്തിന്റെയും വൈഡ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തിന്റെയും സവിശേഷതകൾക്ക് പുറമേ, ഒന്നാമത്തെയും രണ്ടാമത്തെയും ആന്റിനകളുടെ നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും യഥാക്രമം 5.3dBi ഉം 85% ഉം (1GHz) ഉം 5.7dBi ഉം 90% ഉം (1.4GHz) ഉം ആണ്.

ചിത്രം 10 നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ട ഇരട്ട-ഇ, ട്രിപ്പിൾ-ഇ ആന്റിന ഘടനകൾ.

4. സ്ലോട്ട് ആന്റിന
CRLH-MTM ആന്റിനയുടെ അപ്പർച്ചർ വലുതാക്കാൻ ഒരു ലളിതമായ രീതി നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്, പക്ഷേ അതിന്റെ ആന്റിന വലുപ്പം ഏതാണ്ട് മാറ്റമില്ല. ചിത്രം 11-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ആന്റിനയിൽ പരസ്പരം ലംബമായി അടുക്കിയിരിക്കുന്ന CRLH യൂണിറ്റുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു, അതിൽ പാച്ചുകളും മെൻഡർ ലൈനുകളും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ പാച്ചിൽ ഒരു S- ആകൃതിയിലുള്ള സ്ലോട്ട് ഉണ്ട്. ആന്റിന ഒരു CPW മാച്ചിംഗ് സ്റ്റബ് ഉപയോഗിച്ചാണ് നൽകുന്നത്, അതിന്റെ വലുപ്പം 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm ആണ്, ഇത് 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0 ന് തുല്യമാണ്, ഇവിടെ λ0 (3.5GHz) സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്തിന്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ആന്റിന 0.85-7.90GHz ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നുവെന്നും അതിന്റെ പ്രവർത്തന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 161.14% ആണെന്നും ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ആന്റിനയുടെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന റേഡിയേഷൻ നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും 3.5GHz-ൽ ദൃശ്യമാകുന്നു, അവ യഥാക്രമം 5.12dBi ഉം ~80% ഉം ആണ്.