ആൻ്റിന റിവ്യൂ: ഫ്രാക്റ്റൽ മെറ്റാസർഫേസുകളുടെയും ആൻ്റിന ഡിസൈനിൻ്റെയും ഒരു അവലോകനം

ഫ്രാക്റ്റൽ എന്ന ആശയം 1970-കളിൽ ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞനായ ബെനോയിറ്റ് ബി. മണ്ടൽബ്രോട്ടാണ് അവതരിപ്പിച്ചത്, എന്നിരുന്നാലും ഫ്രാക്റ്റൽ ജ്യാമിതിയുടെ ഉത്ഭവം കാൻ്റർ (1870), വോൺ കോച്ച് (1904), സിയർപിൻസ്കി (1915) തുടങ്ങിയ നിരവധി ഗണിതശാസ്ത്രജ്ഞരുടെ മുൻകാല കൃതികളിൽ നിന്ന് കണ്ടെത്താനാകും. ), ജൂലിയ (1918), ഫാറ്റൂ (1926), റിച്ചാർഡ്സൺ (1953).
മരങ്ങൾ, പർവതങ്ങൾ, തീരപ്രദേശങ്ങൾ എന്നിങ്ങനെയുള്ള കൂടുതൽ സങ്കീർണ്ണമായ ഘടനകളെ അനുകരിക്കാൻ പുതിയ തരം ഫ്രാക്റ്റലുകൾ അവതരിപ്പിച്ചുകൊണ്ട്, ഫ്രാക്റ്റലുകളും പ്രകൃതിയും തമ്മിലുള്ള ബന്ധം ബെനോയിറ്റ് ബി. മണ്ടൽബ്രോട്ട് പഠിച്ചു. പരമ്പരാഗത യൂക്ലിഡിയൻ ജ്യാമിതിയാൽ വർഗ്ഗീകരിക്കാൻ കഴിയാത്ത ക്രമരഹിതവും വിഘടിച്ചതുമായ ജ്യാമിതീയ രൂപങ്ങളെ വിവരിക്കുന്നതിനായി, "തകർന്ന" അല്ലെങ്കിൽ "പൊട്ടൽ" എന്നർത്ഥം വരുന്ന, അതായത് തകർന്നതോ ക്രമരഹിതമായതോ ആയ കഷണങ്ങൾ കൊണ്ട് നിർമ്മിച്ച, ലാറ്റിൻ നാമവിശേഷണമായ "ഫ്രാക്ടസ്" എന്നതിൽ നിന്നാണ് അദ്ദേഹം "ഫ്രാക്റ്റൽ" എന്ന വാക്ക് സൃഷ്ടിച്ചത്. കൂടാതെ, ഫ്രാക്റ്റലുകൾ സൃഷ്ടിക്കുന്നതിനും പഠിക്കുന്നതിനുമായി അദ്ദേഹം ഗണിതശാസ്ത്ര മോഡലുകളും അൽഗോരിതങ്ങളും വികസിപ്പിച്ചെടുത്തു, ഇത് പ്രശസ്തമായ മണ്ടൽബ്രോട്ട് സെറ്റിൻ്റെ സൃഷ്ടിയിലേക്ക് നയിച്ചു, ഇത് സങ്കീർണ്ണവും അനന്തമായി ആവർത്തിക്കുന്നതുമായ പാറ്റേണുകളുള്ള ഏറ്റവും പ്രശസ്തവും ദൃശ്യപരമായി ആകർഷകവുമായ ഫ്രാക്റ്റൽ ആകൃതിയാണ് (ചിത്രം 1 ഡി കാണുക).
മണ്ടൽബ്രോട്ടിൻ്റെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ ഗണിതശാസ്ത്രത്തിൽ മാത്രമല്ല, ഭൗതികശാസ്ത്രം, കമ്പ്യൂട്ടർ ഗ്രാഫിക്‌സ്, ജീവശാസ്ത്രം, സാമ്പത്തികശാസ്ത്രം, കല തുടങ്ങിയ വിവിധ മേഖലകളിൽ പ്രയോഗങ്ങളുമുണ്ട്. വാസ്തവത്തിൽ, സങ്കീർണ്ണവും സ്വയം സമാനമായതുമായ ഘടനകളെ മാതൃകയാക്കാനും പ്രതിനിധീകരിക്കാനുമുള്ള അവരുടെ കഴിവ് കാരണം, ഫ്രാക്റ്റലുകൾക്ക് വിവിധ മേഖലകളിൽ നിരവധി നൂതന ആപ്ലിക്കേഷനുകൾ ഉണ്ട്. ഉദാഹരണത്തിന്, ഇനിപ്പറയുന്ന ആപ്ലിക്കേഷൻ ഏരിയകളിൽ അവ വ്യാപകമായി ഉപയോഗിക്കപ്പെടുന്നു, അവ അവയുടെ വിശാലമായ ആപ്ലിക്കേഷൻ്റെ ഏതാനും ഉദാഹരണങ്ങൾ മാത്രമാണ്:
1. കമ്പ്യൂട്ടർ ഗ്രാഫിക്സും ആനിമേഷനും, യാഥാർത്ഥ്യവും ദൃശ്യപരമായി ആകർഷകവുമായ പ്രകൃതിദൃശ്യങ്ങൾ, മരങ്ങൾ, മേഘങ്ങൾ, ടെക്സ്ചറുകൾ എന്നിവ സൃഷ്ടിക്കുന്നു;
2. ഡിജിറ്റൽ ഫയലുകളുടെ വലുപ്പം കുറയ്ക്കുന്നതിനുള്ള ഡാറ്റ കംപ്രഷൻ സാങ്കേതികവിദ്യ;
3. ഇമേജ്, സിഗ്നൽ പ്രോസസ്സിംഗ്, ചിത്രങ്ങളിൽ നിന്ന് സവിശേഷതകൾ വേർതിരിച്ചെടുക്കൽ, പാറ്റേണുകൾ കണ്ടെത്തൽ, ഫലപ്രദമായ ഇമേജ് കംപ്രഷൻ, പുനർനിർമ്മാണ രീതികൾ എന്നിവ നൽകുന്നു;
4. സസ്യങ്ങളുടെ വളർച്ചയും തലച്ചോറിലെ ന്യൂറോണുകളുടെ ഓർഗനൈസേഷനും വിവരിക്കുന്ന ജീവശാസ്ത്രം;
5. ആൻ്റിന സിദ്ധാന്തവും മെറ്റാ മെറ്റീരിയലുകളും, കോംപാക്റ്റ്/മൾട്ടി-ബാൻഡ് ആൻ്റിനകളും നൂതനമായ മെറ്റാസർഫേസുകളും രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നു.
നിലവിൽ, ഫ്രാക്റ്റൽ ജ്യാമിതി വിവിധ ശാസ്ത്ര, കലാ, സാങ്കേതിക വിഭാഗങ്ങളിൽ പുതിയതും നൂതനവുമായ ഉപയോഗങ്ങൾ കണ്ടെത്തുന്നത് തുടരുന്നു.
വൈദ്യുതകാന്തിക (EM) സാങ്കേതികവിദ്യയിൽ, ആൻ്റിനകൾ മുതൽ മെറ്റാമെറ്റീരിയലുകൾ, ഫ്രീക്വൻസി സെലക്ടീവ് സർഫേസുകൾ (FSS) വരെ മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ ആവശ്യമുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്ക് ഫ്രാക്റ്റൽ ആകൃതികൾ വളരെ ഉപയോഗപ്രദമാണ്. പരമ്പരാഗത ആൻ്റിനകളിൽ ഫ്രാക്റ്റൽ ജ്യാമിതി ഉപയോഗിക്കുന്നത് അവയുടെ വൈദ്യുത ദൈർഘ്യം വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും അതുവഴി അനുരണന ഘടനയുടെ മൊത്തത്തിലുള്ള വലുപ്പം കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യും. കൂടാതെ, ഫ്രാക്റ്റൽ ആകൃതികളുടെ സ്വയം സമാനമായ സ്വഭാവം മൾട്ടി-ബാൻഡ് അല്ലെങ്കിൽ ബ്രോഡ്‌ബാൻഡ് അനുരണന ഘടനകൾ തിരിച്ചറിയുന്നതിന് അവയെ അനുയോജ്യമാക്കുന്നു. ഫ്രാക്റ്റലുകളുടെ അന്തർലീനമായ മിനിയേച്ചറൈസേഷൻ കഴിവുകൾ, വിവിധ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കുള്ള റിഫ്ലക്റ്ററേകൾ, ഘട്ടം ഘട്ടമായുള്ള അറേ ആൻ്റിനകൾ, മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ അബ്സോർബറുകൾ, മെറ്റാസർഫേസുകൾ എന്നിവ രൂപകൽപ്പന ചെയ്യുന്നതിന് പ്രത്യേകിച്ചും ആകർഷകമാണ്. വാസ്തവത്തിൽ, വളരെ ചെറിയ അറേ ഘടകങ്ങൾ ഉപയോഗിക്കുന്നത് മ്യൂച്വൽ കപ്ലിംഗ് കുറയ്ക്കുക അല്ലെങ്കിൽ വളരെ ചെറിയ എലമെൻ്റ് സ്‌പെയ്‌സിംഗ് ഉള്ള അറേകളിൽ പ്രവർത്തിക്കാൻ കഴിയുന്നത് പോലെയുള്ള നിരവധി ഗുണങ്ങൾ കൊണ്ടുവരും, അങ്ങനെ നല്ല സ്കാനിംഗ് പ്രകടനവും ഉയർന്ന തലത്തിലുള്ള കോണീയ സ്ഥിരതയും ഉറപ്പാക്കുന്നു.
മുകളിൽ സൂചിപ്പിച്ച കാരണങ്ങളാൽ, ഫ്രാക്റ്റൽ ആൻ്റിനകളും മെറ്റാസർഫേസുകളും സമീപ വർഷങ്ങളിൽ വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ച വൈദ്യുതകാന്തിക മേഖലയിലെ രണ്ട് ആകർഷകമായ ഗവേഷണ മേഖലകളെ പ്രതിനിധീകരിക്കുന്നു. വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്, റഡാർ സിസ്റ്റങ്ങൾ, സെൻസിംഗ് എന്നിവയിലെ വിപുലമായ ആപ്ലിക്കേഷനുകൾക്കൊപ്പം വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗങ്ങൾ കൈകാര്യം ചെയ്യുന്നതിനും നിയന്ത്രിക്കുന്നതിനുമുള്ള സവിശേഷമായ വഴികൾ രണ്ട് ആശയങ്ങളും വാഗ്ദാനം ചെയ്യുന്നു. മികച്ച വൈദ്യുതകാന്തിക പ്രതികരണം നിലനിർത്തിക്കൊണ്ടുതന്നെ അവയുടെ സ്വയം-സമാന ഗുണങ്ങൾ അവയെ ചെറുതാക്കാൻ അനുവദിക്കുന്നു. മൊബൈൽ ഉപകരണങ്ങൾ, RFID ടാഗുകൾ, എയ്‌റോസ്‌പേസ് സിസ്റ്റങ്ങൾ തുടങ്ങിയ സ്ഥലപരിമിതിയുള്ള ആപ്ലിക്കേഷനുകളിൽ ഈ ഒതുക്കം പ്രത്യേകിച്ചും പ്രയോജനകരമാണ്.
വയർലെസ് കമ്മ്യൂണിക്കേഷൻസ്, ഇമേജിംഗ്, റഡാർ സിസ്റ്റങ്ങൾ എന്നിവയെ ഗണ്യമായി മെച്ചപ്പെടുത്താൻ ഫ്രാക്റ്റൽ ആൻ്റിനകളുടെയും മെറ്റാസർഫേസുകളുടെയും ഉപയോഗം സാധ്യമാണ്, കാരണം അവ മെച്ചപ്പെട്ട പ്രവർത്തനക്ഷമതയുള്ള ഒതുക്കമുള്ളതും ഉയർന്ന പ്രകടനമുള്ളതുമായ ഉപകരണങ്ങളെ പ്രാപ്തമാക്കുന്നു. കൂടാതെ, ഒന്നിലധികം ഫ്രീക്വൻസി ബാൻഡുകളിൽ പ്രവർത്തിക്കാനുള്ള കഴിവും ചെറുതാക്കാനുള്ള കഴിവും കാരണം, മെറ്റീരിയൽ ഡയഗ്നോസ്റ്റിക്സിനായി മൈക്രോവേവ് സെൻസറുകളുടെ രൂപകൽപ്പനയിൽ ഫ്രാക്റ്റൽ ജ്യാമിതി കൂടുതലായി ഉപയോഗിക്കുന്നു. ഈ മേഖലകളിൽ നടന്നുകൊണ്ടിരിക്കുന്ന ഗവേഷണം പുതിയ ഡിസൈനുകൾ, മെറ്റീരിയലുകൾ, ഫാബ്രിക്കേഷൻ ടെക്നിക്കുകൾ എന്നിവ പര്യവേക്ഷണം ചെയ്യുന്നത് തുടരുന്നു.
ഫ്രാക്റ്റൽ ആൻ്റിനകളുടെയും മെറ്റാസർഫേസുകളുടെയും ഗവേഷണവും പ്രയോഗ പുരോഗതിയും അവലോകനം ചെയ്യാനും നിലവിലുള്ള ഫ്രാക്റ്റൽ അധിഷ്ഠിത ആൻ്റിനകളും മെറ്റാസർഫേസുകളും താരതമ്യം ചെയ്യാനും അവയുടെ ഗുണങ്ങളും പരിമിതികളും ഉയർത്തിക്കാട്ടാനും ഈ പേപ്പർ ലക്ഷ്യമിടുന്നു. അവസാനമായി, നൂതനമായ പ്രതിഫലനങ്ങളുടെയും മെറ്റാമെറ്റീരിയൽ യൂണിറ്റുകളുടെയും സമഗ്രമായ വിശകലനം അവതരിപ്പിക്കപ്പെടുന്നു, കൂടാതെ ഈ വൈദ്യുതകാന്തിക ഘടനകളുടെ വെല്ലുവിളികളും ഭാവി സംഭവവികാസങ്ങളും ചർച്ചചെയ്യുന്നു.