Wararka - Dib u Eegis Ku Saabsan Anteenooyinka Khadka Gudbinta Metamaterial-ka

I. Hordhac
Metamaterials-ka waxaa si fiican loogu tilmaami karaa qaab-dhismeedyo si macmal ah loo qaabeeyey si loo soo saaro sifooyin elektromagnetic ah oo aan si dabiici ah u jirin. Metamaterials-ka leh ogolaansho taban iyo permeability taban waxaa loo yaqaan metamaterials-ka bidix-gacan (LHMs). LHMs-ka waxaa si ballaaran loogu bartay bulshooyinka sayniska iyo injineernimada. Sannadkii 2003, LHMs-ka waxaa loogu magacaabay mid ka mid ah tobanka horumar ee ugu sarreeya ee sayniska ee casriga ah ee ay samaysay majaladda Sayniska. Codsiyada cusub, fikradaha, iyo aaladaha waxaa la sameeyay iyadoo la adeegsanayo sifooyinka gaarka ah ee LHMs. Habka khadka gudbinta (TL) waa hab naqshadeed oo wax ku ool ah oo sidoo kale falanqeyn kara mabaadi'da LHMs. Marka la barbardhigo TL-yada dhaqameed, sifada ugu muhiimsan ee TL-yada metamaterial-ka waa xakamaynta xuduudaha TL (joogtada faafinta) iyo iska caabinta astaamaha. Xakamaynta xuduudaha TL-yada metamaterial-ka waxay bixisaa fikrado cusub oo loogu talagalay naqshadeynta qaab-dhismeedka anteenada oo leh cabbir aad u yar, waxqabad sare, iyo shaqooyin cusub. Jaantuska 1 (a), (b), iyo (c) waxay muujinayaan moodooyinka wareegga aan lumin ee khadka gudbinta gacanta midig ee saafiga ah (PRH), khadka gudbinta gacanta bidix ee saafiga ah (PLH), iyo khadka gudbinta gacanta bidix-midig ee isku dhafan (CRLH), siday u kala horreeyaan. Sida ku cad Jaantuska 1(a), qaabka wareegga ee u dhigma PRH TL badanaa waa isku-darka isku-darka isku-darka iyo awoodda shunt. Sida ku cad Jaantuska 1(b), qaabka wareegga PLH TL waa isku-darka isku-darka shunt iyo awoodda taxanaha. Codsiyada wax ku oolka ah, ma suurtogal aha in la hirgeliyo wareegga PLH. Tani waxay sabab u tahay saameynta iska-soo-baxa taxanaha dulinka ah ee aan laga fursan karin iyo saameynta awoodda shunt. Sidaa darteed, astaamaha khadka gudbinta gacanta bidix ee hadda la xaqiijin karo waa dhammaan qaab-dhismeedka gacanta bidix iyo gacanta midig ee isku dhafan, sida ku cad Jaantuska 1(c).

Jaantuska 1 Moodooyinka wareegga khadadka gudbinta ee kala duwan

Joogtada faafinta (γ) ee khadka gudbinta (TL) waxaa loo xisaabiyaa sidan: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), halkaas oo Y iyo Z ay matalayaan gelitaanka iyo is-hortaagga siday u kala horreeyaan. Marka la eego CRLH-TL, Z iyo Y waxaa loo qeexi karaa sidan:

CRLH TL oo isku mid ah wuxuu yeelan doonaa xiriirka kala firdhinta soo socota:

Joogtada marxaladda β waxay noqon kartaa tiro dhab ah oo saafi ah ama tiro male-awaal ah oo saafi ah. Haddii β uu gebi ahaanba dhab yahay gudaha xadka soo noqnoqoshada, waxaa jira baastoolad gudaha xadka soo noqnoqoshada sababtoo ah xaaladda γ=jβ. Dhanka kale, haddii β uu yahay tiro male-awaal ah oo saafi ah oo ku jirta xadka soo noqnoqoshada, waxaa jira baastoolad joojin ah oo ku jirta xadka soo noqnoqoshada sababtoo ah xaaladda γ=α. Baastooladdan joojinta ah waxay gaar u tahay CRLH-TL mana ku jirto PRH-TL ama PLH-TL. Jaantusyada 2 (a), (b), iyo (c) waxay muujinayaan qaloocyada kala firdhinta (tusaale ahaan, xiriirka ω - β) ee PRH-TL, PLH-TL, iyo CRLH-TL, siday u kala horreeyaan. Iyada oo ku saleysan qaloocyada kala firdhinta, xawaaraha kooxda (vg=∂ω/∂β) iyo xawaaraha wejiga (vp=ω/β) ee khadka gudbinta ayaa la soo saari karaa oo la qiyaasi karaa. PRH-TL, waxaa sidoo kale laga soo qaadan karaa qalooca in vg iyo vp ay yihiin kuwo is barbar socda (tusaale ahaan, vpvg>0). PLH-TL, qalooca wuxuu muujinayaa in vg iyo vp aysan is barbar socon (tusaale ahaan, vpvg<0). Qalooca kala firdhisan ee CRLH-TL wuxuu sidoo kale muujinayaa jiritaanka gobolka LH (tusaale ahaan, vpvg <0) iyo gobolka RH (tusaale ahaan, vpvg > 0). Sida laga arki karo Jaantuska 2(c), CRLH-TL, haddii γ uu yahay tiro dhab ah oo saafi ah, waxaa jira xarig joojin ah.

Jaantuska 2 Qaloocyada kala-baxa ee khadadka kala duwan ee gudbinta

Badanaa, taxanaha iyo falgallada is barbar socda ee CRLH-TL way kala duwan yihiin, taas oo loo yaqaan xaalad aan dheelitirnayn. Si kastaba ha ahaatee, marka taxanaha iyo soo noqnoqoshada falgallada is barbar socda ay isku mid yihiin, waxaa loo yaqaan xaalad dheelitiran, qaabka wareegga isku midka ah ee la fududeeyay ee ka dhashayna waxaa lagu muujiyay Jaantuska 3(a).

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

Marka soo noqnoqoshadu korodho, astaamaha kala firdhinta ee CRLH-TL ayaa si tartiib tartiib ah u kordha. Tani waa sababta oo ah xawaaraha wejiga (tusaale ahaan, vp=ω/β) wuxuu si isa soo taraysa ugu tiirsanaanayaa soo noqnoqoshada. Soo noqnoqoshada hoose, CRLH-TL waxaa xukuma LH, halka soo noqnoqoshada sare, CRLH-TL ay xukumaan RH. Tani waxay muujinaysaa dabeecadda laba-geesoodka ah ee CRLH-TL. Jaantuska kala firdhinta CRLH-TL ee dheelitirka waxaa lagu muujiyay Jaantuska 3(b). Sida ka muuqata Jaantuska 3(b), kala-guurka LH ilaa RH wuxuu dhacaa marka:

Halka ω0 uu yahay inta jeer ee kala-guurka. Sidaa darteed, kiiska dheelitiran, kala-guur siman ayaa ka dhaca LH ilaa RH sababtoo ah γ waa tiro male-awaal ah oo keliya. Sidaa darteed, ma jiro xarig joojin ah oo loogu talagalay kala-firdhinta CRLH-TL ee dheellitiran. Inkasta oo β uu yahay eber marka loo eego hirarka la hagayo, tusaale ahaan, λg=2π/|β|), hirarku wali wuu faafaa sababtoo ah vg ee ω0 ma aha eber. Sidoo kale, ω0, wareegga wejiga waa eber TL oo dherer ah d (tusaale ahaan, φ= - βd=0). Horumarka wejiga (tusaale ahaan, φ>0) wuxuu ka dhacaa heerka soo noqnoqda ee LH (tusaale ahaan, ω<ω0), dib u dhaca wejiga (tusaale ahaan, φ<0) wuxuu ka dhacaa heerka soo noqnoqda ee RH (tusaale ahaan, ω>ω0). CRLH TL, is-hortaagga astaamaha waxaa lagu sharaxay sidan soo socota:

Halka ZL iyo ZR ay yihiin impedance-ka PLH iyo PRH, siday u kala horreeyaan. Kiisaska aan dheelitirnayn, impedance-ka astaamaha ah wuxuu ku xiran yahay soo noqnoqoshada. Isle'egta kor ku xusan waxay muujinaysaa in kiiska dheelitiran uu ka madax bannaan yahay soo noqnoqoshada, sidaas darteed wuxuu yeelan karaa isku dheelitir ballaaran oo baaxad leh. Isle'egta TL ee kor ku xusan waxay la mid tahay xuduudaha aasaasiga ah ee qeexaya walxaha CRLH. Joogtada faafinta ee TL waa γ=jβ=Sqrt(ZY). Marka la eego joogsiga faafinta ee walxaha (β=ω x Sqrt(εμ)), isle'egta soo socota ayaa la heli karaa:

Sidoo kale, impedance-ka astaamaha ee TL, tusaale ahaan, Z0=Sqrt(ZY), wuxuu la mid yahay impedance-ka astaamaha ee walaxda, tusaale ahaan, η=Sqrt(μ/ε), kaas oo lagu muujiyey sida:

Tusmada Refractive ee CRLH-TL dheellitiran iyo kuwa aan dheelitirnayn (tusaale ahaan, n = cβ/ω) waxaa lagu muujiyay Jaantuska 4. Jaantuska 4, tusmada Refractive ee CRLH-TL ee ku jirta heerka LH waa taban halka tusmada Refractive ee ku jirta heerka RH-keeduna waa togan yahay.

Jaantuska 4 Tusmooyinka caadiga ah ee dheellitiran ee CRLH TLs-ka dheellitiran iyo kuwa aan dheellitirnayn.

1. Shabakadda LC
Marka la isku dhejiyo unugyada LC ee bandpass-ka ah ee lagu muujiyey Jaantuska 5(a), CRLH-TL caadi ah oo leh isku mid ahaanshaha dhererka d ayaa si joogto ah loo dhisi karaa ama aan xilliyo gaar ah lahayn. Guud ahaan, si loo hubiyo ku habboonaanta xisaabinta iyo soo saarista CRLH-TL, wareeggu wuxuu u baahan yahay inuu noqdo mid joogto ah. Marka la barbardhigo qaabka Jaantuska 1(c), unugga wareegga ee Jaantuska 5(a) ma laha cabbir dhererkiisuna waa mid aan dhammaad lahayn (tusaale ahaan, Δz mitir). Marka la eego dhererkiisa korontada θ=Δφ (rad), wejiga unugga LC waa la muujin karaa. Si kastaba ha ahaatee, si dhab ahaan loo xaqiijiyo inductance-ka iyo awoodda la adeegsaday, waxaa loo baahan yahay in la sameeyo dherer jireed p. Doorashada tignoolajiyada codsiga (sida microstrip, hagaha hirarka coplanar, qaybaha kor u qaadista dusha sare, iwm.) waxay saameyn 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. Sida ku xusan xaaladda isku mid ahaanshaha p→0 ee Jaantuska 5(b), TL waxaa la dhisi karaa (iyadoo la isku darayo unugyada LC) taas oo u dhiganta CRLH-TL oo isku mid ah oo ku habboon oo leh dherer d, si TL uu u muuqdo mid isku mid ah hirarka elektaroonigga ah.

Jaantuska 5aad CRLH TL oo ku salaysan shabakadda LC.

Unugga LC, marka la eego xaaladaha xuduudaha xilliyeed (PBCs) oo la mid ah aragtida Bloch-Floquet, xiriirka kala firdhinta ee unugga LC waxaa la caddeeyay oo lagu muujiyey sida soo socota:

Impedance-ka taxanaha (Z) iyo gelitaanka shunt (Y) ee unugga LC waxaa lagu go'aamiyaa isle'egyada soo socda:

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

2. Hirgelinta Jirka
Qaybtii hore, shabakadda LC si loo soo saaro CRLH-TL ayaa laga wada hadlay. Shabakadaha LC ee noocan oo kale ah waxaa lagu xaqiijin karaa oo keliya iyadoo la qaato qaybaha jireed ee soo saari kara awoodda loo baahan yahay (CR iyo CL) iyo inductance (LR iyo LL). Sannadihii ugu dambeeyay, adeegsiga qaybaha jajabka ee tignoolajiyada dusha sare (SMT) ama qaybaha la qaybiyey ayaa soo jiitay xiiso weyn. Microstrip, stripline, coplanar waveguide ama teknoolojiyada kale ee la midka ah ayaa loo isticmaali karaa in lagu xaqiijiyo qaybaha la qaybiyey. Waxaa jira arrimo badan oo la tixgelinayo marka la dooranayo jajabyada SMT ama qaybaha la qaybiyey. Qaab-dhismeedka CRLH ee ku salaysan SMT ayaa aad u badan oo si fudud loo hirgelin karo marka la eego falanqaynta iyo naqshadeynta. Tani waxay sabab u tahay helitaanka qaybaha jajabka SMT ee ka baxsan shelf, kuwaas oo aan u baahnayn dib-u-habeyn iyo wax soo saar marka la barbar dhigo qaybaha la qaybiyey. Si kastaba ha ahaatee, helitaanka qaybaha SMT waa kala firirsan yihiin, waxayna badanaa ka shaqeeyaan oo keliya mawjadaha hooseeya (tusaale ahaan, 3-6GHz). Sidaa darteed, qaab-dhismeedka CRLH ee ku salaysan SMT waxay leeyihiin xaddidaadyo soo noqnoqosho hawlgal iyo astaamo marxaladeed oo gaar ah. Tusaale ahaan, codsiyada shucaaca, qaybaha jajabka SMT waxaa laga yaabaa inaysan suurtogal ahayn. Jaantuska 6aad wuxuu muujinayaa qaab-dhismeed qaybsan oo ku salaysan CRLH-TL. Qaab-dhismeedka waxaa lagu xaqiijiyaa iyadoo la adeegsanayo khadadka isku-xidhka dijitaalka ah iyo kuwa gaaban, iyagoo sameeya taxanaha awoodda CL iyo is-dhexgalidda LL ee LH siday u kala horreeyaan. Awoodda u dhaxaysa xariiqda iyo GND waxaa loo qaadanayaa inay tahay awoodda RH, iyo inductance-ka ay soo saarto qulqulka birlabta ee ay samaysay socodka hadda ee qaab-dhismeedka isku-xidhka ayaa loo qaadanayaa inuu yahay LR-da inductance-ka RH.