വാർത്ത - മെറ്റാ മെറ്റീരിയലുകളെ അടിസ്ഥാനമാക്കിയുള്ള ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈൻ ആൻ്റിനകളുടെ ഒരു അവലോകനം (ഭാഗം 2)

2. ആൻ്റിന സിസ്റ്റങ്ങളിൽ MTM-TL-ൻ്റെ പ്രയോഗം
ഈ വിഭാഗം കൃത്രിമ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ TL-കളിലും അവയുടെ ഏറ്റവും സാധാരണവും പ്രസക്തവുമായ ചില ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ശ്രദ്ധ കേന്ദ്രീകരിക്കും, കുറഞ്ഞ ചെലവ്, എളുപ്പമുള്ള നിർമ്മാണം, മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ, വൈഡ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത്, ഉയർന്ന നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും, വൈഡ് റേഞ്ച് സ്കാനിംഗ് ശേഷിയും കുറഞ്ഞ പ്രൊഫൈലും ഉള്ള വിവിധ ആൻ്റിന ഘടനകൾ യാഥാർത്ഥ്യമാക്കുന്നതിന്. അവ ചുവടെ ചർച്ചചെയ്യുന്നു.

1. ബ്രോഡ്ബാൻഡ്, മൾട്ടി-ഫ്രീക്വൻസി ആൻ്റിനകൾ
l ദൈർഘ്യമുള്ള ഒരു സാധാരണ TL-ൽ, കോണീയ ആവൃത്തി ω0 നൽകുമ്പോൾ, ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിൻ്റെ വൈദ്യുത ദൈർഘ്യം (അല്ലെങ്കിൽ ഘട്ടം) ഇനിപ്പറയുന്ന രീതിയിൽ കണക്കാക്കാം:

ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിൻ്റെ ഘട്ട വേഗതയെ vp പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നിടത്ത്. മുകളിൽ നിന്ന് കാണാൻ കഴിയുന്നതുപോലെ, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഗ്രൂപ്പ് കാലതാമസവുമായി അടുത്ത് യോജിക്കുന്നു, ഇത് ആവൃത്തിയുമായി ബന്ധപ്പെട്ട് φ യുടെ ഡെറിവേറ്റീവ് ആണ്. അതിനാൽ, ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിൻ്റെ നീളം കുറയുമ്പോൾ, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും വിശാലമാകും. മറ്റൊരു വിധത്തിൽ പറഞ്ഞാൽ, ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനിൻ്റെ അടിസ്ഥാന ഘട്ടവും തമ്മിൽ ഒരു വിപരീത ബന്ധമുണ്ട്, അത് ഡിസൈൻ നിർദ്ദിഷ്ടമാണ്. പരമ്പരാഗത ഡിസ്ട്രിബ്യൂട്ടഡ് സർക്യൂട്ടുകളിൽ, ഓപ്പറേറ്റിംഗ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് നിയന്ത്രിക്കുന്നത് എളുപ്പമല്ലെന്ന് ഇത് കാണിക്കുന്നു. സ്വാതന്ത്ര്യത്തിൻ്റെ അളവിലുള്ള പരമ്പരാഗത ട്രാൻസ്മിഷൻ ലൈനുകളുടെ പരിമിതികൾ ഇതിന് കാരണമാകാം. എന്നിരുന്നാലും, ലോഡിംഗ് ഘടകങ്ങൾ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ TL-കളിൽ അധിക പാരാമീറ്ററുകൾ ഉപയോഗിക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഘട്ടം പ്രതികരണം ഒരു പരിധി വരെ നിയന്ത്രിക്കാൻ കഴിയും. ബാൻഡ്വിഡ്ത്ത് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിന്, ഡിസ്പർഷൻ സ്വഭാവസവിശേഷതകളുടെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തിക്ക് സമീപം സമാനമായ ഒരു ചരിവ് ഉണ്ടായിരിക്കേണ്ടത് ആവശ്യമാണ്. കൃത്രിമ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ TL-ന് ഈ ലക്ഷ്യം കൈവരിക്കാൻ കഴിയും. ഈ സമീപനത്തെ അടിസ്ഥാനമാക്കി, ആൻ്റിനകളുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നതിനുള്ള നിരവധി രീതികൾ പേപ്പറിൽ നിർദ്ദേശിക്കുന്നു. സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്ററുകൾ ഘടിപ്പിച്ച രണ്ട് ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് ആൻ്റിനകൾ പണ്ഡിതന്മാർ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുകയും നിർമ്മിക്കുകയും ചെയ്തിട്ടുണ്ട് (ചിത്രം 7 കാണുക). ചിത്രം 7-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്ന ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നത്, പരമ്പരാഗത മോണോപോൾ ആൻ്റിന ഉപയോഗിച്ച് സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ലോഡുചെയ്‌തതിന് ശേഷം, കുറഞ്ഞ അനുരണന ആവൃത്തി മോഡ് ആവേശഭരിതമാകുമെന്ന്. സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്ററിൻ്റെ വലുപ്പം മോണോപോൾ ആൻ്റിനയുടെ അനുരണനം നേടുന്നതിന് ഒപ്റ്റിമൈസ് ചെയ്തിരിക്കുന്നു. രണ്ട് അനുരണനങ്ങളും ഒത്തുചേരുമ്പോൾ, ആൻ്റിനയുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തും റേഡിയേഷൻ സവിശേഷതകളും വർദ്ധിക്കുന്നതായി ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. മോണോപോൾ ആൻ്റിനയുടെ നീളവും വീതിയും യഥാക്രമം 0.25λ0×0.11λ0, 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz) ആണ്, ഒരു സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഘടിപ്പിച്ച മോണോപോൾ ആൻ്റിനയുടെ നീളവും വീതിയും 0.29λ0×0.29λ0.21λ0 ആണ്. യഥാക്രമം. സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഇല്ലാത്ത പരമ്പരാഗത F-ആകൃതിയിലുള്ള ആൻ്റിനയ്ക്കും T-ആകൃതിയിലുള്ള ആൻ്റിനയ്ക്കും, 5GHz ബാൻഡിൽ അളക്കുന്ന ഏറ്റവും ഉയർന്ന നേട്ടവും റേഡിയേഷൻ കാര്യക്ഷമതയും യഥാക്രമം 3.6dBi - 78.5%, 3.9dBi - 80.2% എന്നിവയാണ്. ഒരു സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഉപയോഗിച്ച് ലോഡ് ചെയ്ത ആൻ്റിനയ്ക്ക്, ഈ പാരാമീറ്ററുകൾ യഥാക്രമം 6GHz ബാൻഡിൽ 4dBi - 81.2%, 4.4dBi - 83% എന്നിവയാണ്. മോണോപോൾ ആൻ്റിനയിൽ പൊരുത്തപ്പെടുന്ന ലോഡായി ഒരു സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ നടപ്പിലാക്കുന്നതിലൂടെ, 2.9GHz ~ 6.41GHz, 2.6GHz ~ 6.6GHz ബാൻഡുകളെ പിന്തുണയ്ക്കാൻ കഴിയും, യഥാക്രമം 75.4%, ~87% എന്നിവയുടെ ഫ്രാക്ഷണൽ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഏകദേശം നിശ്ചിത വലിപ്പത്തിലുള്ള പരമ്പരാഗത മോണോപോൾ ആൻ്റിനകളെ അപേക്ഷിച്ച് മെഷർമെൻ്റ് ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് ഏകദേശം 2.4 മടങ്ങും 2.11 മടങ്ങും മെച്ചപ്പെട്ടിട്ടുണ്ടെന്ന് ഈ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു.

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

ചിത്രം 8-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, കോംപാക്റ്റ് പ്രിൻ്റഡ് മോണോപോൾ ആൻ്റിനയുടെ പരീക്ഷണ ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. S11≤- 10 dB ആയിരിക്കുമ്പോൾ, പ്രവർത്തന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 185% (0.115-2.90 GHz), 1.45 GHz-ൽ, പരമാവധി നേട്ടവും റേഡിയേഷൻ കാര്യക്ഷമതയും യഥാക്രമം 2.35 dBi ഉം 78.8% ഉം ആണ്. ആൻ്റിനയുടെ ലേഔട്ട് ബാക്ക്-ടു-ബാക്ക് ത്രികോണാകൃതിയിലുള്ള ഷീറ്റ് ഘടനയ്ക്ക് സമാനമാണ്, ഇത് ഒരു കർവിലീനിയർ പവർ ഡിവൈഡറാണ് നൽകുന്നത്. വെട്ടിച്ചുരുക്കിയ GND-യിൽ ഫീഡറിന് കീഴിൽ സ്ഥാപിച്ചിരിക്കുന്ന ഒരു സെൻട്രൽ സ്റ്റബ് അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ നാല് തുറന്ന അനുരണന വളയങ്ങൾ അതിന് ചുറ്റും വിതരണം ചെയ്യുന്നു, ഇത് ആൻ്റിനയുടെ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് വിശാലമാക്കുന്നു. മിക്ക വിഎച്ച്എഫ്, എസ് ബാൻഡുകളും എല്ലാ യുഎച്ച്എഫ്, എൽ ബാൻഡുകളും ഉൾക്കൊള്ളുന്ന ആൻ്റിന മിക്കവാറും ഓമ്നിഡയറക്ഷനിലേക്ക് പ്രസരിക്കുന്നു. ആൻ്റിനയുടെ ഭൗതിക വലുപ്പം 48.32×43.72×0.8 mm3 ആണ്, വൈദ്യുത വലുപ്പം 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0 ആണ്. ഇതിന് ചെറിയ വലിപ്പവും കുറഞ്ഞ ചെലവും ഗുണങ്ങളുണ്ട്, കൂടാതെ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻ സിസ്റ്റങ്ങളിൽ സാധ്യതയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷൻ സാധ്യതകളും ഉണ്ട്.

ചിത്രം 8: സ്പ്ലിറ്റ് റിംഗ് റെസൊണേറ്റർ ഘടിപ്പിച്ച മോണോപോൾ ആൻ്റിന.

രണ്ട് വിയാകളിലൂടെ വെട്ടിച്ചുരുക്കിയ ടി ആകൃതിയിലുള്ള ഗ്രൗണ്ട് പ്ലെയിനിലേക്ക് ഗ്രൗണ്ട് ചെയ്ത രണ്ട് ജോഡി പരസ്പരം ബന്ധിപ്പിച്ചിട്ടുള്ള മെൻഡർ വയർ ലൂപ്പുകൾ അടങ്ങുന്ന ഒരു പ്ലാനർ ആൻ്റിന ഘടന ചിത്രം 9 കാണിക്കുന്നു. ആൻ്റിനയുടെ വലുപ്പം 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0), ഇവിടെ λ0 എന്നത് 0.55 GHz ൻ്റെ ഫ്രീ സ്പേസ് തരംഗദൈർഘ്യമാണ്. 2.35GHz-ൽ 5.5dBi പരമാവധി നേട്ടവും 90.1% ദക്ഷതയുമുള്ള 0.55 ~ 3.85 GHz-ൻ്റെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തി ബാൻഡിൽ ഇ-പ്ലെയിനിൽ ആൻ്റിന സർവദിശയിൽ പ്രസരിക്കുന്നു. ഈ സവിശേഷതകൾ, UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi, Bluetooth എന്നിവയുൾപ്പെടെ വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് നിർദ്ദിഷ്ട ആൻ്റിനയെ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു.

ചിത്രം 9 നിർദ്ദേശിച്ച പ്ലാനർ ആൻ്റിന ഘടന.

2. ലീക്കി വേവ് ആൻ്റിന (LWA)
കൃത്രിമ മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ ടിഎൽ യാഥാർത്ഥ്യമാക്കുന്നതിനുള്ള പ്രധാന ആപ്ലിക്കേഷനുകളിലൊന്നാണ് പുതിയ ലീക്കി വേവ് ആൻ്റിന. ലീക്കി വേവ് ആൻ്റിനകൾക്ക്, റേഡിയേഷൻ ആംഗിളിലും (θm) പരമാവധി ബീം വീതിയിലും (Δθ) ഘട്ടം സ്ഥിരമായ β യുടെ പ്രഭാവം ഇപ്രകാരമാണ്:

L എന്നത് ആൻ്റിന നീളവും, k0 എന്നത് ഫ്രീ സ്‌പെയ്‌സിലെ തരംഗ സംഖ്യയും λ0 ആണ് ഫ്രീ സ്‌പെയ്‌സിലെ തരംഗദൈർഘ്യവും. റേഡിയേഷൻ ഉണ്ടാകുമ്പോൾ |β|

3. സീറോ-ഓർഡർ റെസൊണേറ്റർ ആൻ്റിന
CRLH മെറ്റാമെറ്റീരിയലിൻ്റെ ഒരു അദ്വിതീയ ഗുണം, ആവൃത്തി പൂജ്യത്തിന് തുല്യമല്ലാത്തപ്പോൾ β 0 ആയിരിക്കാം എന്നതാണ്. ഈ പ്രോപ്പർട്ടി അടിസ്ഥാനമാക്കി, ഒരു പുതിയ സീറോ ഓർഡർ റെസൊണേറ്റർ (ZOR) സൃഷ്ടിക്കാൻ കഴിയും. β പൂജ്യമാകുമ്പോൾ, മുഴുവൻ റെസൊണേറ്ററിലും ഫേസ് ഷിഫ്റ്റ് സംഭവിക്കുന്നില്ല. കാരണം, ഫേസ് ഷിഫ്റ്റ് കോൺസ്റ്റൻ്റ് φ = - βd = 0. കൂടാതെ, അനുരണനം റിയാക്ടീവ് ലോഡിനെ മാത്രം ആശ്രയിച്ചിരിക്കുന്നു, ഘടനയുടെ ദൈർഘ്യത്തിൽ നിന്ന് സ്വതന്ത്രമാണ്. ഇ-ആകൃതിയിലുള്ള രണ്ട്, മൂന്ന് യൂണിറ്റുകൾ പ്രയോഗിച്ചാണ് നിർദ്ദിഷ്ട ആൻ്റിന നിർമ്മിച്ചിരിക്കുന്നതെന്ന് ചിത്രം 10 കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ മൊത്തം വലുപ്പം 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 ഉം 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ-നെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്ന തരംഗവും ആണ്. സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്തിൻ്റെ യഥാക്രമം 500 MHz, 650 MHz എന്നിവയുടെ പ്രവർത്തന ആവൃത്തികളിൽ. ആൻ്റിന 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz), 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) ആവൃത്തികളിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നു, ആപേക്ഷിക ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 91.9%, 96.0%. ചെറിയ വലിപ്പത്തിൻ്റെയും വിശാലമായ ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്തിൻ്റെയും സവിശേഷതകൾ കൂടാതെ, ഒന്നും രണ്ടും ആൻ്റിനകളുടെ നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും യഥാക്രമം 5.3dBi, 85% (1GHz), 5.7dBi, 90% (1.4GHz) എന്നിവയാണ്.

ചിത്രം 10 നിർദ്ദേശിച്ച ഇരട്ട-ഇ, ട്രിപ്പിൾ-ഇ ആൻ്റിന ഘടനകൾ.

4. സ്ലോട്ട് ആൻ്റിന
CRLH-MTM ആൻ്റിനയുടെ അപ്പർച്ചർ വലുതാക്കാൻ ഒരു ലളിതമായ രീതി നിർദ്ദേശിക്കപ്പെട്ടിട്ടുണ്ട്, എന്നാൽ അതിൻ്റെ ആൻ്റിന വലിപ്പം ഏതാണ്ട് മാറ്റമില്ല. ചിത്രം 11-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ, ആൻ്റിനയിൽ പരസ്പരം ലംബമായി അടുക്കിയിരിക്കുന്ന CRLH യൂണിറ്റുകൾ ഉൾപ്പെടുന്നു, അതിൽ പാച്ചുകളും മെൻഡർ ലൈനുകളും അടങ്ങിയിരിക്കുന്നു, കൂടാതെ പാച്ചിൽ ഒരു S- ആകൃതിയിലുള്ള സ്ലോട്ട് ഉണ്ട്. CPW പൊരുത്തപ്പെടുന്ന സ്റ്റബ് ആണ് ആൻ്റിന നൽകുന്നത്, അതിൻ്റെ വലിപ്പം 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm ആണ്, 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0 ആണ്, ഇവിടെ λ0 (3.5GHz) സ്വതന്ത്ര സ്ഥലത്തിൻ്റെ തരംഗദൈർഘ്യത്തെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. ആൻ്റിന 0.85-7.90GHz ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നുണ്ടെന്നും അതിൻ്റെ പ്രവർത്തന ബാൻഡ്‌വിഡ്ത്ത് 161.14% ആണെന്നും ഫലങ്ങൾ കാണിക്കുന്നു. ആൻ്റിനയുടെ ഏറ്റവും ഉയർന്ന വികിരണ നേട്ടവും കാര്യക്ഷമതയും യഥാക്രമം 5.12dBi, ~80% എന്നിങ്ങനെ 3.5GHz-ൽ ദൃശ്യമാകുന്നു.