Vaovao - Famerenana ny Antenne Metamaterial Transmission Line

I. Fampidirana
Azo faritana tsara indrindra ho rafitra noforonina artifisialy ny metamaterials mba hamokarana toetra elektromagnetika sasany izay tsy misy voajanahary. Ny metamaterials manana permittivity ratsy sy permeability ratsy dia antsoina hoe metamaterials havia (LHMs). Nodinihina betsaka tao amin'ny vondrom-piarahamonina siantifika sy injeniera ny LHM. Tamin'ny taona 2003, ny LHMs dia notononin'ny gazetiboky Science ho iray amin'ireo fandrosoana ara-tsiansa folo ambony indrindra amin'izao vanim-potoana izao. Nisy fampiharana, hevitra ary fitaovana vaovao novolavolaina tamin'ny alàlan'ny fampiasana ny toetra miavaka an'ny LHMs. Ny fomba fiasa amin'ny tsipika fandefasana (TL) dia fomba famolavolana mahomby izay afaka mamakafaka ny fitsipiky ny LHMs. Raha ampitahaina amin'ny TL nentim-paharazana, ny endri-javatra manan-danja indrindra amin'ny TLs metamaterial dia ny fahafahan'ny TL mifehy ny masontsivana TL (propagation constant) sy ny impedance toetra. Ny fahafahan'ny TL masontsivana metamaterial dia manome hevitra vaovao amin'ny famolavolana rafitra antenne miaraka amin'ny habe kely kokoa, fampisehoana ambony kokoa ary fiasa vaovao. Ny Sary 1 (a), (b), ary (c) dia mampiseho ireo modely fizaran-tany tsy misy fatiantoka amin'ny tsipika fandefasana herinaratra madio havanana (PRH), tsipika fandefasana herinaratra madio havia (PLH), ary tsipika fandefasana herinaratra mitambatra havia-havanana (CRLH). Araka ny aseho amin'ny Sary 1(a), ny modely fizaran-tany mitovy amin'ny PRH TL dia matetika fitambaran'ny inductance andiany sy ny capacitance shunt. Araka ny aseho amin'ny Sary 1(b), ny modely fizaran-tany PLH TL dia fitambaran'ny inductance shunt sy ny capacitance andiany. Amin'ny fampiharana azo ampiharina, dia tsy azo atao ny mampihatra fizaran-tany PLH. Izany dia noho ny fiantraikan'ny inductance andiany sy ny capacitance shunt parasitika tsy azo ihodivirana. Noho izany, ny toetran'ny tsipika fandefasana herinaratra havia izay azo tanterahina amin'izao fotoana izao dia rafitra mitambatra havia sy havanana, araka ny aseho amin'ny Sary 1(c).

Sary 1 Modely samihafa amin'ny fizaran-tany fandefasana

Ny tsy miovaovan'ny fiparitahana (γ) an'ny tsipika fandefasana (TL) dia kajy toy izao: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), izay maneho ny fidirana sy ny fanoherana ny Y sy Z. Raha jerena ny CRLH-TL, dia azo aseho toy izao ny Z sy Y:

Ny CRLH TL mitovy dia hanana ity fifandraisana dispersion manaraka ity:

Mety ho isa tena izy tanteraka na isa foronina tanteraka ny tsy miovaovan'ny dingana β. Raha tena izy tanteraka ao anatin'ny elanelan'ny matetika ny β, dia misy passband ao anatin'ny elanelan'ny matetika noho ny fepetra γ=jβ. Etsy ankilany, raha isa foronina tanteraka ao anatin'ny elanelan'ny matetika ny β, dia misy stopband ao anatin'ny elanelan'ny matetika noho ny fepetra γ=α. Ity stopband ity dia miavaka amin'ny CRLH-TL ary tsy misy ao amin'ny PRH-TL na PLH-TL. Ny sary 2 (a), (b), ary (c) dia mampiseho ny fiolahana dispersion (ohatra, ny fifandraisana ω - β) an'ny PRH-TL, PLH-TL, ary CRLH-TL. Mifototra amin'ny fiolahana dispersion, ny hafainganam-pandehan'ny vondrona (vg=∂ω/∂β) sy ny hafainganam-pandehan'ny dingana (vp=ω/β) an'ny tariby fandefasana dia azo alaina sy tombanana. Ho an'ny PRH-TL, dia azo tsoahina avy amin'ny fiolahana ihany koa fa mifanitsy ny vg sy vp (ohatra, vpvg>0). Ho an'ny PLH-TL, ny fiolahana dia mampiseho fa ny vg sy vp dia tsy mifanitsy (ohatra, vpvg<0). Ny fiolahana dispersion an'ny CRLH-TL dia mampiseho ihany koa ny fisian'ny faritra LH (ohatra, vpvg < 0) sy ny faritra RH (ohatra, vpvg > 0). Araka ny hita amin'ny Sary 2(c), ho an'ny CRLH-TL, raha isa tena izy madio ny γ, dia misy fehikibo mijanona.

Sary 2 Fiolahana fiparitahan'ny tsipika fandefasana samihafa

Matetika, ny resonance andiany sy mifanitsy amin'ny CRLH-TL dia samy hafa, izay antsoina hoe toetry ny tsy fifandanjana. Na izany aza, rehefa mitovy ny hatetiky ny resonance andiany sy mifanitsy, dia antsoina hoe toetry ny fifandanjana izany, ary ny modely circuit mitovy tsotra vokarina dia aseho amin'ny Sary 3(a).

Sary 3 Modely amin'ny fizaran-tany sy fiolahana amin'ny tariby fandefasana havia mitambatra

Rehefa mitombo ny matetika, dia mitombo tsikelikely ny toetran'ny fiparitahan'ny CRLH-TL. Izany dia satria ny hafainganam-pandehan'ny dingana (ohatra, vp=ω/β) dia miankina amin'ny matetika. Amin'ny matetika ambany, ny CRLH-TL dia fehezin'ny LH, raha amin'ny matetika avo kosa, ny CRLH-TL dia fehezin'ny RH. Izany dia mampiseho ny toetra roa sosona an'ny CRLH-TL. Ny kisarisary fiparitahan'ny CRLH-TL dia aseho amin'ny Sary 3(b). Araka ny aseho amin'ny Sary 3(b), ny fifindrana avy amin'ny LH mankany amin'ny RH dia mitranga amin'ny:

Izay ω0 no fatran'ny tetezamita. Noho izany, amin'ny tranga voalanjalanja, dia misy tetezamita milamina avy any LH mankany RH satria isa foronina fotsiny ny γ. Noho izany, tsy misy "stopband" ho an'ny fiparitahan'ny CRLH-TL voalanjalanja. Na dia aotra aza ny β amin'ny ω0 (tsy manam-petra raha oharina amin'ny halavan'ny onja tarihina, izany hoe λg=2π/|β|), dia mbola miely ny onja satria tsy aotra ny vg amin'ny ω0. Toy izany koa, amin'ny ω0, aotra ny fiovan'ny dingana ho an'ny TL manana halavana d (izany hoe φ= - βd=0). Ny fandrosoan'ny dingana (izany hoe φ>0) dia mitranga ao amin'ny fatran'ny matetika LH (izany hoe ω<ω0), ary ny fahatarana amin'ny dingana (izany hoe φ<0) dia mitranga ao amin'ny fatran'ny matetika RH (izany hoe ω>ω0). Ho an'ny CRLH TL, ny fanoherana mampiavaka azy dia voalaza toy izao manaraka izao:

Izay ZL sy ZR dia ny fanoherana PLH sy PRH. Ho an'ny tranga tsy mifandanja, ny fanoherana mampiavaka dia miankina amin'ny matetika. Ny fampitoviana etsy ambony dia mampiseho fa ny tranga mifandanja dia tsy miankina amin'ny matetika, ka mety manana bandwidth mifanaraka malalaka izy. Ny fampitoviana TL nalaina etsy ambony dia mitovy amin'ny masontsivana mandrafitra izay mamaritra ny fitaovana CRLH. Ny tsy miovaovan'ny fiparitahan'ny TL dia γ=jβ=Sqrt(ZY). Raha jerena ny tsy miovaovan'ny fiparitahan'ny fitaovana (β=ω x Sqrt(εμ)), dia azo ny fampitoviana manaraka:

Toy izany koa, ny fanoherana mampiavaka ny TL, izany hoe Z0=Sqrt(ZY), dia mitovy amin'ny fanoherana mampiavaka ny fitaovana, izany hoe η=Sqrt(μ/ε), izay aseho toy izao:

Aseho amin'ny Sary 4 ny tondro refraktifan'ny CRLH-TL voalanjalanja sy tsy voalanjalanja (ohatra, n = cβ/ω). Ao amin'ny Sary 4, ratsy ny tondro refraktifan'ny CRLH-TL ao amin'ny elanelana LH ary tsara ny tondro refraktifan'ny RH.

Sary 4. Tondro refraktif mahazatra an'ny CRLH TL voalanjalanja sy tsy voalanjalanja.

1. Tambajotra LC
Amin'ny alàlan'ny fampifangaroana ireo sela LC bandpass aseho amin'ny Sary 5(a), dia azo amboarina tsy tapaka na tsy tsy tapaka ny CRLH-TL mahazatra miaraka amin'ny fitoviana mahomby amin'ny halavany d. Amin'ny ankapobeny, mba hahazoana antoka ny fahamoran'ny kajy sy ny fanamboarana ny CRLH-TL, dia mila atao tsy tapaka ny circuit. Raha ampitahaina amin'ny modely amin'ny Sary 1(c), ny sela circuit amin'ny Sary 5(a) dia tsy manana habe ary ny halavany ara-batana dia kely tsy manam-petra (ohatra, Δz amin'ny metatra). Raha jerena ny halavany elektrika θ=Δφ (rad), dia azo aseho ny dingana amin'ny sela LC. Na izany aza, mba hahatanteraka ny inductance sy ny capacitance ampiharina, dia mila apetraka ny halavany ara-batana p. Ny fisafidianana ny teknolojia fampiharana (toy ny microstrip, coplanar waveguide, surface mount components, sns.) dia hisy fiantraikany amin'ny haben'ny sela LC ara-batana. Ny sela LC amin'ny Sary 5(a) dia mitovy amin'ny modely incremental amin'ny Sary 1(c), ary ny fetrany p=Δz→0. Araka ny fepetra fitoviana p→0 ao amin'ny Sary 5(b), dia azo amboarina ny TL (amin'ny alàlan'ny fampiarahana ireo sela LC) izay mitovy amin'ny CRLH-TL mitovy tsara miaraka amin'ny halavany d, mba hisehoan'ny TL ho mitovy amin'ny onja elektromagnetika.

Sary 5 CRLH TL mifototra amin'ny tambajotra LC.

Ho an'ny sela LC, raha jerena ny fepetra fetra miverimberina (PBC) mitovy amin'ny teôrema Bloch-Floquet, ny fifandraisan'ny fiparitahan'ny sela LC dia voaporofo ary aseho toy izao manaraka izao:

Ny fanoherana andiany (Z) sy ny fidirana amin'ny shunt (Y) an'ny sela LC dia voafaritry ny fampitoviana manaraka:

Koa satria kely dia kely ny halavan'ny herinaratra amin'ny faritra LC, dia azo ampiasaina ny fanatonana Taylor mba hahazoana:

2. Fampiharana ara-batana
Tao amin'ny fizarana teo aloha, dia efa noresahina ny tambajotra LC hamokarana CRLH-TL. Ireo tambajotra LC ireo dia tsy azo tanterahina raha tsy amin'ny alàlan'ny fampiasana singa ara-batana izay afaka mamokatra ny capacitance (CR sy CL) sy inductance ilaina (LR sy LL). Tato anatin'ny taona vitsivitsy, ny fampiharana ny teknolojia fametrahana ambonin'ny tany (SMT) singa puce na singa mizara dia nahasarika fahalianana lehibe. Ny microstrip, stripline, coplanar waveguide na teknolojia mitovy amin'izany dia azo ampiasaina mba hanatanterahana singa mizara. Misy lafin-javatra maro tokony hodinihina rehefa misafidy puce SMT na singa mizara. Ny rafitra CRLH mifototra amin'ny SMT dia mahazatra kokoa ary mora ampiharina amin'ny lafiny famakafakana sy famolavolana. Izany dia noho ny fisian'ny singa puce SMT efa misy, izay tsy mila fanavaozana sy fanamboarana raha oharina amin'ny singa mizara. Na izany aza, miparitaka ny fisian'ny singa SMT, ary matetika izy ireo dia miasa amin'ny matetika ambany ihany (ohatra, 3-6GHz). Noho izany, ny rafitra CRLH mifototra amin'ny SMT dia manana elanelana matetika miasa voafetra sy toetra manokana amin'ny dingana. Ohatra, amin'ny fampiharana taratra, ny singa puce SMT dia mety tsy ho azo atao. Ny Sary 6 dia mampiseho rafitra miparitaka mifototra amin'ny CRLH-TL. Ny rafitra dia tanterahina amin'ny alàlan'ny capacitance interdigital sy ny tsipika court-circuit, ka mamorona ny capacitance andiany CL sy ny inductance mifanitsy LL an'ny LH tsirairay avy. Ny capacitance eo anelanelan'ny tsipika sy ny GND dia heverina ho capacitance RH CR, ary ny inductance ateraky ny flux magnetika noforonin'ny fikorianan'ny courant ao amin'ny rafitra interdigital dia heverina ho inductance RH LR.