Wararka - Dib u eegis ku saabsan Antennas Gudbinta Metamaterial

I. Hordhac
Metamaterials waxaa sida ugu wanaagsan loogu sifayn karaa qaab-dhismeed si macmal ah loo qaabeeyey si loo soo saaro sifooyin elektromagnetic ah oo aan si dabiici ah u jirin. Metamaterials oo leh ogolaansho taban iyo qulqulid taban ayaa loo yaqaan metamaterials-gacan bidix (LHMs). LHMs ayaa si weyn loogu bartay bulshada sayniska iyo injineernimada. Sannadkii 2003, LHM-yada waxa loo magacaabay mid ka mid ah tobanka horumar ee saynis ee ugu sarreeyey ee majaladda Sayniska. Codsiyo cusub, fikrado, iyo qalab ayaa la sameeyay iyadoo laga faa'iidaysanayo sifooyinka gaarka ah ee LHMs. Habka khadka gudbinta (TL) waa hab naqshadeed wax ku ool ah oo sidoo kale falanqayn kara mabaadi'da LHMs. Marka la barbar dhigo TL-dhaqameedka, muuqaalka ugu muhiimsan ee TL-yada metamaterial-ka ayaa ah xakamaynta cabbirrada TL (faafinta joogtada ah) iyo cilladda sifaha. Xakamaynta cabbirrada metamaterial TL waxay siisaa fikrado cusub oo loogu talagalay qaabaynta qaab dhismeedka anteenada oo leh cabbir isafgarad badan, waxqabad sare, iyo shaqooyin cusub. Jaantuska 1 (a), (b), iyo (c) waxay muujinayaan moodooyinka wareegyada aan lumin ee khadka gudbinta midigta ee saafiga ah (PRH), khadka gudbinta ee bidix ee saafiga ah (PLH), iyo khad gudbinta bidix-midig ee isku dhafan ( CRLH), siday u kala horreeyaan. Sida ku cad Jaantuska 1(a), qaabka wareegga u dhigma ee PRH TL waa inta badan isku darka inductance taxane ah iyo awood shunt ah. Sida ku cad sawirka 1 (b), qaabka wareegga PLH TL waa isku-darka shunt inductance iyo awood taxane ah. Codsiyada la taaban karo, suurtagal maaha in la hirgeliyo wareegga PLH. Tan waxa u sabab ah dulin taxane ah oo aan laga maarmi karin iyo saamaynta awoodda shunt. Sidaa darteed, sifooyinka khadka gudbinta ee bidixda ee la xaqiijin karo hadda waa dhammaan qaab-dhismeedka gacanta bidix iyo midigta, sida ku cad sawirka 1 (c).

Jaantuska 1 Qaababka wareegga xariiqda gudbinta ee kala duwan

Faafinta joogtada ah (γ) ee khadka gudbinta (TL) waxaa loo xisaabiyaa sida: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), halkaasoo Y iyo Z ay u taagan yihiin oggolaanshaha iyo xannibaadda siday u kala horreeyaan. Iyadoo la tixgelinayo CRLH-TL, Z iyo Y waxaa lagu tilmaami karaa sida:

Labbiska CRLH TL wuxuu yeelan doonaa xiriirka soo socda ee kala firdhinta:

Marxaladda joogtada ah β waxay noqon kartaa tiro dhab ah ama tiro male-awaal ah. Haddii β uu gabi ahaanba run yahay inta u dhaxaysa soo noqnoqoshada, waxa jira baasbaanad xadka soo noqnoqda dhexdiisa sababtoo ah xaalada γ=jβ. Dhanka kale, haddii β uu yahay lambar male-awaal ah oo ku dhex jira inta jeer ee soo noqnoqda, waxaa jira xannibaadda joogsiga inta jeer ee inta jeer ee ay tahay xaaladda γ=α. Qalabka joogsiga ayaa gaar u ah CRLH-TL mana ka jiro PRH-TL ama PLH-TL. Jaantusyada 2 (a), (b), iyo (c) waxay muujinayaan qalooca kala firidhsan (ie, xidhiidhka ω - β) ee PRH-TL, PLH-TL, iyo CRLH-TL, siday u kala horreeyaan. Iyada oo ku saleysan qalooca kala firidhsan, xawaaraha kooxda (vg=∂ω/∂β) iyo xawaaraha wejiga (vp=ω/β) ee xariiqda gudbinta waa la soo saari karaa oo la qiyaasi karaa. PRH-TL, sidoo kale waxaa laga qiyaasi karaa qalooca in vg iyo vp ay isbarbar socdaan (tusaale, vpvg>0). Wixii PLH-TL ah, qalooca ayaa tusinaya in vg iyo vp aysan is barbar dhig ahayn (ie, vpvg<0). Qalooca kala firidhsan ee CRLH-TL wuxuu kaloo muujinayaa jiritaanka gobolka LH (ie, vpvg <0) iyo gobolka RH (ie, vpvg> 0). Sida laga arki karo Jaantuska 2(c), ee CRLH-TL, haddii γ uu yahay tiro dhab ah oo saafi ah, waxa jira band joogsi.

Jaantuska 2 Kala firdhisanaanta xadhkaha gudbinta ee kala duwan

Sida caadiga ah, taxanaha iyo dhawaaqyada isbarbar-dhigga ee CRLH-TL way kala duwan yihiin, taas oo loo yaqaanno xaalad aan dheellitirnayn. Si kastaba ha ahaatee, marka taxanaha iyo soo noqnoqoshada dhawaaqa isbarbar-dhiga ay isku mid yihiin, waxaa loo yaqaannaa xaalad dheellitiran, iyo qaabka wareegga wareegga ee la fududeeyay ee ka dhashay ayaa lagu muujiyay sawirka 3(a).

Jaantuska 3 Qaabka wareegga iyo qalooca kala firidhsan ee khadka gudbinta gacanta bidix isku dhafan

Marka uu soo noqnoqoshada kordho, sifooyinka kala firidhsan ee CRLH-TL ayaa si tartiib tartiib ah u kordhaya. Tani waa sababta oo ah xawaaraha wejiga (ie, vp=ω/β) wuxuu noqonayaa mid si sii kordheysa ugu tiirsan inta jeer. Inta jeer ee hooseeya, CRLH-TL waxaa xukuma LH, halka inta jeer ee sare, CRLH-TL ay maamusho RH. Tani waxay muujinaysaa dabeecadda laba-geesoodka ah ee CRLH-TL. Jaantuska kala firdhinta dheellitirka CRLH-TL waxa lagu muujiyay sawirka 3(b). Sida ku cad Jaantuska 3(b), ka gudbida LH una gudubta RH waxay ku dhacdaa:

Halka ω0 uu yahay inta jeer ee kala guurka. Sidaa darteed, marka la eego kiis dheeli tiran, kala-guur fudud ayaa ka dhaca LH ilaa RH sababtoo ah γ waa lambar male-awaal ah. Sidaa darteed, ma jirto wax joojin kara fidinta dheellitiran ee CRLH-TL. Inkasta oo β uu eber yahay ω0 (xilli aan dhammaad lahayn marka loo eego hirarka dhererka la hagayo, ie, λg=2π/|β|), hirku wali wuu faafiyaa sababtoo ah vg at ω0 maaha eber. Sidoo kale, marka la joogo ω0, isbeddelka wajigu waa eber TL dhererka d (ie, φ= - βd=0). Horumarka wajiga (ie, φ>0) wuxuu ku dhacaa inta jeer ee LH (ie, ω<ω0), iyo dib u dhigista wajiga (ie, φ <0) waxay ku dhacdaa inta jeer ee RH (ie, ω>ω0). Wixii CRLH TL ah, caabbinta sifada waxaa lagu sifeeyay sida soo socota:

Halka ZL iyo ZR ay yihiin caqabadaha PLH iyo PRH, siday u kala horreeyaan. Kiiska aan dheeli tirnayn, cilladda sifodu waxay ku xiran tahay inta jeer. Isla'egta kore waxay muujinaysaa in kiiska dheellitiran uu ka madax banaan yahay soo noqnoqda, sidaas darteed waxay yeelan kartaa isku-dheellitir ballaadhan oo ballaaran. Isla'egta TL ee kor laga soo qaatay waxay la mid tahay halbeegyada wax-soo-saarka ee qeexaya walxaha CRLH. Joogtada faafinta TL waa γ=jβ=Sqrt(ZY). Marka la eego faafinta joogtada ah ee walxaha (β=ω x Sqrt(εμ)), isla'egtan soo socota ayaa la heli karaa:

Sidoo kale, is-hortaagga sifada ee TL, ie, Z0=Sqrt(ZY), waxay la mid tahay cilladda sifada ee maaddada, ie, η=Sqrt(μ/ε), oo lagu muujiyey sida:

Tusmada dib-u-celinta ee CRLH-TL ee dheellitiran iyo aan dheellitirnayn (ie, n = cβ/ω) ayaa lagu muujiyay sawirka 4. baaxaddu waa mid togan.

Jaantuska 4 Tilmaamaha dib-u-celinta ee caadiga ah ee CRLH TL-yada dheellitiran iyo kuwa aan dheellitirnayn.

1. Shabakadda LC
Marka la jeexjeexo unugyada LC bandpass ee lagu muujiyey Jaantuska 5(a), CRLH-TL caadiga ah oo leh lebbis wax ku ool ah oo dherer ah d waxaa la dhisi karaa xilli ama si aan joogto ahayn. Guud ahaan, si loo hubiyo ku habboonaanta xisaabinta iyo soo saarista CRLH-TL, wareeggu wuxuu u baahan yahay inuu noqdo mid xilliyeed ah. Marka la barbar dhigo qaabka Jaantuska 1(c), unugga wareegga ee Jaantuska 5(a) ma laha cabbir dhererka jireeduna waa mid aan xad lahayn (ie, Δz mitir). Iyadoo la tixgelinayo dhererkeeda korantada θ=Δφ (rad), wajiga unugyada LC waa la muujin karaa. Si kastaba ha ahaatee, si dhab ahaantii loo xaqiijiyo inductance iyo awoodda la dabaqay, p dhererka jirka ayaa loo baahan yahay in la sameeyo. Doorashada tignoolajiyada codsiga (sida microstrip, coplanar waveguide, qaybaha buurta dusha sare, iwm.) waxay saamayn doontaa cabbirka jireed ee unugga LC. Unugga LC ee Jaantuska 5(a) wuxuu la mid yahay qaabka korodhka ee Jaantuska 1(c), iyo xadka p=Δz→0. Marka loo eego xaaladda lebiska ee p→0 ee Jaantuska 5(b), TL waa la dhisi karaa (iyada oo la miirayo unugyada LC) taas oo u dhiganta lebis ku habboon CRLH-TL oo dhererkeedu yahay d, si TL ay ugu muuqato lebis mowjadaha korantada.

Jaantuska 5 CRLH TL oo ku salaysan shabakada LC.

Unugga LC, iyadoo la tixgelinayo xaaladaha xuduudaha xilliyeed (PBCs) ee la mid ah aragtida Bloch-Floquet, xiriirka kala firdhisanaanta unugga LC waa la caddeeyey oo lagu muujiyey sida soo socota:

Ciqaabta taxanaha ah (Z) iyo ogolaanshaha shunt (Y) ee unugga LC waxaa lagu go'aamiyaa isla'egyada soo socda:

Maadaama dhererka korantada ee wareegga LC-ga unugga uu aad u yar yahay, qiyaasta Taylor waxaa loo isticmaali karaa in lagu helo:

2. Dhaqangelinta Jirka
Qaybta hore, shabakadda LC si ay u abuurto CRLH-TL ayaa laga hadlay. Shabakadaha LC ee noocan oo kale ah waxaa lagu xaqiijin karaa oo keliya in la qaato qaybo jireed oo soo saari kara awoodda loo baahan yahay (CR iyo CL) iyo inductance (LR iyo LL). Sanadihii la soo dhaafay, adeegsiga tignoolajiyada dusha sare ee tignoolajiyada (SMT) qaybaha chip ama qaybaha la qaybiyay ayaa soo jiitay xiiso weyn. Microstrip, stripline, coplanar waveguide ama tignoolajiyada kale ee la midka ah ayaa loo isticmaali karaa si loo xaqiijiyo qaybaha la qaybiyey. Waxaa jira arrimo badan oo la tixgeliyo marka la dooranayo chips SMT ama qaybaha la qaybiyey. Qaab-dhismeedka CRLH ee ku salaysan SMT ayaa aad u badan oo sahlan in la fuliyo marka la eego falanqaynta iyo qaabaynta. Tani waa sababta oo ah helitaanka qaybaha chip-ka ee SMT-ka-baxsan, kuwaas oo aan u baahnayn dib-u-qaabayn iyo wax-soo-saar marka loo eego qaybaha la qaybiyay. Si kastaba ha ahaatee, helitaanka qaybaha SMT waa kala firirsan yihiin, waxayna inta badan ku shaqeeyaan oo keliya tawrooyin hoose (ie, 3-6GHz). Sidaa darteed, qaab-dhismeedka CRLH ee SMT-ku-salaysan waxay leeyihiin xaddi xaddidan oo soo noqnoqosho ah iyo astaamo weji gaar ah. Tusaale ahaan, codsiyada shucaaca ah, qaybaha chip SMT ma noqon karaan kuwo macquul ah. Jaantuska 6 wuxuu muujinayaa qaab-dhismeedka la qaybiyay oo ku salaysan CRLH-TL. Qaab dhismeedka waxaa lagu xaqiijiyaa awooda is dhex galka ah iyo khadadka wareega gaaban, samaynta awooda taxanaha CL iyo inductance is barbar socda LL ee LH siday u kala horreeyaan. Awoodda u dhaxaysa xariiqda iyo GND waxaa loo malaynayaa inay tahay awoodda RH ee CR, iyo inductance ka dhalatay qulqulka magnetic ee uu sameeyay socodka hadda ee qaab-dhismeedka interdigital ayaa loo maleynayaa inuu yahay RH inductance LR.