Vaovao - Famerenana ny Antenna zotra fampitana Metamaterial

I. Fampidirana
Ny metamaterials dia azo faritana tsara indrindra ho toy ny rafitra noforonina mba hamokarana fananana elektromagnetika sasany izay tsy misy voajanahary. Ny metamaterial misy permeability ratsy sy permeability ratsy dia antsoina hoe metamaterials ankavia (LHM). Ny LHM dia nodinihina lalina teo amin'ny fiarahamonina siantifika sy injeniera. Tamin'ny taona 2003, ny LHM dia voatonona ho iray amin'ireo fandrosoana ara-tsiansa folo voalohany tamin'ny vanim-potoana ankehitriny nataon'ny gazetiboky Science. Novolavolaina ny fampiharana, foto-kevitra ary fitaovana vaovao tamin'ny alalan'ny fitrandrahana ireo toetra mampiavaka ny LHM. Ny fomba fifindran'ny zotra (TL) dia fomba famolavolana mahomby izay afaka mamakafaka ny fitsipiky ny LHM ihany koa. Raha ampitahaina amin'ny TL nentim-paharazana, ny endri-javatra manan-danja indrindra amin'ny metamaterial TLs dia ny fifehezana ny mari-pamantarana TL (fampielezana tsy tapaka) sy ny impedance toetra. Ny fifehezana ny mari-pamantarana TL metamaterial dia manome hevitra vaovao amin'ny famolavolana rafitra antenne miaraka amin'ny habe mirindra kokoa, fampisehoana avo lenta ary fiasa vaovao. Ny sary 1 (a), (b), ary (c) dia mampiseho ny maodely tsy misy fatiantoka amin'ny tsipika fifindran'ny tanana havanana madio (PRH), tsipika fifindran'ny tanana havia madio (PLH), ary tsipika fifindran'ny tanana havia havanana ( CRLH). Araka ny aseho ao amin'ny sary 1 (a), ny modelin'ny circuit equivalent PRH TL dia matetika fitambaran'ny inductance sy ny capacitance shunt. Araka ny aseho amin'ny sary 1 (b), ny modely PLH TL circuit dia fitambaran'ny inductance shunt sy ny capacitance andiany. Amin'ny fampiharana azo ampiharina, tsy azo atao ny mampihatra ny PLH circuit. Izany dia noho ny tsy azo ihodivirana andian-dahatsoratra inductance sy ny shunt capacitance vokany. Noho izany, ny toetran'ny tsipika fifindran'ny tanana havia izay azo tsapain-tanana amin'izao fotoana izao dia ireo rafitra mitambatra amin'ny tanana havia sy havanana, araka ny aseho amin'ny sary 1(c).

Sary 1 Modely fizaran-tany tsipika samihafa

Ny tsy tapaka fampielezam-peo (γ) amin'ny tsipika fampitaovana (TL) dia kajy toy ny: γ = α + jβ = Sqrt (ZY), izay Y sy Z dia maneho ny fidirana sy ny impedance tsirairay avy. Raha jerena ny CRLH-TL, Z ary Y dia azo ambara ho:

Ny CRLH TL fanamiana dia hanana ity fifandraisana miparitaka ity:

Ny β tsy miovaova dia mety ho isa tena izy na isa sary an-tsaina fotsiny. Raha toa ka tena misy tokoa ny β ao anatin'ny elanelana matetika, dia misy passband ao anatin'ny elanelana matetika noho ny fepetra γ=jβ. Amin'ny lafiny iray, raha isa an-tsaina fotsiny ny β ao anatin'ny salan'isa matetika, dia misy fiatoana ao anatin'ny salan'isa 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 curves dispersion (izany hoe, ny fifandraisana ω - β) an'ny PRH-TL, PLH-TL, ary CRLH-TL. Mifototra amin'ny fiparitahan'ny fiparitahana, ny hafainganam-pandehan'ny vondrona (vg=∂ω/∂β) sy ny hafainganam-pandehan'ny dingana (vp=ω/β) amin'ny zotra fampitana dia azo alaina sy tombanana. Ho an'ny PRH-TL, dia azo tsoahina avy amin'ny curve ihany koa fa ny vg sy vp dia mifanitsy (izany hoe, vpvg>0). Ho an'ny PLH-TL, ny curve dia mampiseho fa tsy mifanandrify ny vg sy vp (izany hoe, vpvg<0). Ny curve dispersion'ny CRLH-TL dia mampiseho ny fisian'ny faritra LH (izany hoe, vpvg <0) sy faritra RH (izany hoe, vpvg > 0). Araka ny hita amin'ny sary 2(c), ho an'ny CRLH-TL, raha γ dia isa tena izy, dia misy tarika mijanona.

Sary 2 Ny fiolahana fiparitahan'ny tsipika fampitana samihafa

Matetika, ny andian-dahatsoratra sy ny resonance parallèle amin'ny CRLH-TL dia tsy mitovy, izay antsoina hoe fanjakana tsy voalanjalanja. Na izany aza, rehefa mitovy ny andian-dahatsoratra sy ny refin'ny resonance parallèle, dia antsoina hoe fanjakana voalanjalanja, ary ny modelin'ny circuit equivalent notsorina dia aseho amin'ny sary 3(a).

Sary 3 Modely boribory sy fiolahana fiparitahan'ny tsipika fifindran'ny tanana havia

Rehefa mitombo ny fatrany dia mitombo tsikelikely ny toetran'ny fiparitahan'ny CRLH-TL. Izany dia satria ny hafainganam-pandehan'ny dingana (izany hoe, vp=ω/β) dia lasa miankina amin'ny matetika. Amin'ny frequences ambany, ny CRLH-TL dia anjakan'ny LH, raha amin'ny frequences avo, ny CRLH-TL dia anjakan'ny RH. Ity dia mampiseho ny toetra roa an'ny CRLH-TL. Ny kisary fiparitahan'ny equilibrium 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:

Raha ny ω0 dia ny fatran'ny tetezamita. Noho izany, amin'ny tranga voalanjalanja, misy fifindrana milamina avy amin'ny LH mankany RH satria ny γ dia isa an-tsaina fotsiny. Noho izany, tsy misy fiatoana ho an'ny fiparitahan'ny CRLH-TL voalanjalanja. Na dia aotra aza ny β amin'ny ω0 (raha oharina amin'ny halavan'ny onjam-pitarihana, izany hoe, λg=2π/|β|), dia mbola miparitaka ihany ny onja satria tsy aotra ny vg amin'ny ω0. Toy izany koa, amin'ny ω0, ny fifindran'ny dingana dia aotra ho an'ny TL ny halavany d (izany hoe, φ= - βd=0). Ny fandrosoan'ny dingana (izany hoe, φ>0) dia mitranga ao amin'ny salan'isa matetika LH (izany hoe, ω<ω0), ary ny fihemorana amin'ny dingana (izany hoe, φ<0) dia mitranga ao amin'ny salan'isa matetika RH (ie, ω>ω0). Ho an'ny CRLH TL, ny impedance toetra dia voafaritra toy izao manaraka izao:

Raha ZL sy ZR dia ny PLH sy PRH impedances, tsirairay avy. Ho an'ny tranga tsy voalanjalanja, ny impedance toetra dia miankina amin'ny matetika. Ny fampitoviana etsy ambony dia mampiseho fa ny tranga voalanjalanja dia tsy miankina amin'ny matetika, noho izany dia afaka manana fifanandrinana midadasika midadasika. Ny equation TL azo etsy ambony dia mitovy amin'ny masontsivana constitutive izay mamaritra ny fitaovana CRLH. Ny tsy miovaova fampielezam-peo an'ny TL dia γ=jβ=Sqrt(ZY). Raha jerena ny tsy miovaova fampielezam-peo amin'ny akora (β=ω x Sqrt(εμ)), dia azo atao izao fampitoviana manaraka izao:

Toy izany koa, ny impedance toetran'ny TL, izany hoe, Z0 = Sqrt (ZY), dia mitovy amin'ny toetra impedance ny fitaovana, izany hoe, η = Sqrt (μ / ε), izay aseho ho:

Ny endriky ny refractive amin'ny CRLH-TL voalanjalanja sy tsy voalanjalanja (izany hoe, n = cβ / ω) dia aseho amin'ny sary 4. Ao amin'ny sary 4, ny mari-pamantarana refractive an'ny CRLH-TL ao amin'ny faritra LH dia ratsy ary ny mari-pamantarana refractive ao amin'ny RH. tsara ny elanelana.

Sary.

1. Tambajotra LC
Amin'ny alàlan'ny fandefasana ny sela LC bandpass aseho amin'ny sary 5 (a), ny CRLH-TL mahazatra miaraka amin'ny fitoviana mahomby amin'ny halavany d dia azo amboarina tsindraindray na tsy ara-potoana. Amin'ny ankapobeny, mba hiantohana ny fanamorana ny kajy sy ny famokarana CRLH-TL, dia mila tsindraindray ny faritra. Raha ampitahaina amin'ny maodely amin'ny sary 1(c), dia tsy misy habe ny selan'ny faritra misy ny sary 5(a) ary kely tsy manam-petra ny halavany ara-batana (izany hoe Δz amin'ny metatra). Raha jerena ny halavany elektrika θ=Δφ (rad), dia azo aseho ny dingan'ny sela LC. Na izany aza, mba tena hahatsapa ny inductance sy ny capacitance ampiharina, dia mila apetraka ny halavany ara-batana p. Ny safidy ny teknolojia fampiharana (toy ny microstrip, coplanar waveguide, ambonin'ny tendrombohitra singa, sns) dia hisy fiantraikany amin'ny haben'ny ara-batana ny LC sela. Ny sela LC amin'ny sary 5 (a) dia mitovy amin'ny modely mitombo amin'ny sary 1 (c), ary ny fetrany p = Δz → 0. Araka ny fepetra fanamiana p→0 amin'ny sary 5(b), dia azo amboarina ny TL (amin'ny sela LC cascading) izay mitovy amin'ny CRLH-TL fanamiana tsara indrindra amin'ny halavany d, ka ny TL dia miseho mitovitovy amin'ny onjam-peo elektromagnetika.

Sary 5 CRLH TL mifototra amin'ny tambajotra LC.

Ho an'ny sela LC, raha jerena ny fepetran'ny sisintany ara-potoana (PBCs) mitovy amin'ny theorem Bloch-Floquet, dia voaporofo ny fifandraisan'ny sela LC ary aseho toy izao manaraka izao:

Ny impedance andiany (Z) sy ny fidiran'ny shunt (Y) amin'ny sela LC dia voafaritra amin'ny alàlan'ireto fampitoviana manaraka ireto:

Satria kely dia kely ny halavan'ny elektrônika amin'ny faritra LC, dia azo ampiasaina ny fanombanana Taylor mba hahazoana:

2. Fampiharana ara-batana
Ao amin'ny fizarana teo aloha, ny tambajotra LC hamokarana CRLH-TL dia noresahina. Ny tambajotra LC toy izany dia tsy azo atao afa-tsy amin'ny alàlan'ny fananganana singa ara-batana izay afaka mamokatra capacitance ilaina (CR sy CL) ary inductance (LR sy LL). Tao anatin'izay taona vitsy lasa izay, nahasarika ny sain'ny maro ny fampiharana ny kojakoja chip na ny singa zaraina (SMT). Microstrip, stripline, coplanar waveguide na teknolojia hafa mitovy amin'izany dia azo ampiasaina amin'ny fanatanterahana ireo singa zaraina. Misy lafin-javatra maro tokony hodinihina rehefa misafidy SMT chips na singa zaraina. Ny rafitra CRLH miorina amin'ny SMT dia mahazatra kokoa ary mora kokoa ny mampihatra amin'ny resaka famakafakana sy famolavolana. Izany dia noho ny fisian'ny singa SMT chip eny amin'ny talantalana, izay tsy mitaky fanavaozana sy fanamboarana raha oharina amin'ireo singa nozaraina. Na izany aza, ny fisian'ny singa SMT dia miparitaka, ary matetika izy ireo dia miasa amin'ny hafainganam-pandeha ambany (izany hoe 3-6GHz). Noho izany, ny rafitra CRLH miorina amin'ny SMT dia manana fetran'ny fatran'ny fampandehanana voafetra sy ny toetran'ny dingana manokana. Ohatra, amin'ny fampiharana taratra, ny singa SMT chip dia mety tsy azo atao. Ny sary 6 dia mampiseho rafitra mizara mifototra amin'ny CRLH-TL. Ny rafitra dia tanteraka amin'ny alalan'ny interdigital capacitance sy fohy-circuit andalana, mamorona andian-dahatsoratra capacitance CL sy parallèle inductance LL ny LH tsirairay avy. Ny capacitance eo anelanelan'ny tsipika sy ny GND dia heverina ho ny RH capacitance CR, ary ny inductance vokatry ny flux magnetika noforonin'ny fikorianan'ny ankehitriny ao amin'ny rafitra interdigital dia heverina ho RH inductance LR.