Akụkọ - Nyocha nke Antennas Nnyefe Metamaterial

I. Okwu Mmalite
A pụrụ ịkọwa ihe ndị dị ka ihe ndị e ji aka rụọ iji mepụta ụfọdụ ihe ndị na-adịghị adị n'okike. A na-akpọ ihe ndị dị ka ihe ndị nwere ikike na-adịghị mma na ihe ndị na-adịghị mma metamaterials (LHMs) aka ekpe. A mụọla ọtụtụ ihe gbasara LHMs n'obodo sayensị na injinia. Na 2003, akwụkwọ akụkọ sayensị kpọrọ LHMs otu n'ime ihe iri kachasị ọhụrụ na sayensị nke oge a. E mepụtala ngwa ọhụrụ, echiche, na ngwaọrụ site na iji ihe pụrụ iche nke LHMs eme ihe. Ụzọ nnyefe (TL) bụ ụzọ nhazi dị irè nke nwekwara ike inyocha ụkpụrụ nke LHMs. Ma e jiri ya tụnyere TL ọdịnala, ihe kachasị mkpa nke TL metamaterial bụ njikwa nke paramita TL (usoro mgbasa) na ihe mgbochi njirimara. Njikwa nke paramita TL metamaterial na-enye echiche ọhụrụ maka imepụta ihe owuwu antenna nwere nha dị obere, arụmọrụ ka elu, na ọrụ ọhụrụ. Foto nke 1 (a), (b), na (c) na-egosi ụdị sekit na-enweghị atụ nke ahịrị nnyefe aka nri dị ọcha (PRH), ahịrị nnyefe aka ekpe dị ọcha (PLH), na ahịrị nnyefe aka ekpe-aka nri (CRLH), n'otu n'otu. Dịka egosiri na Foto nke 1(a), ụdị sekit nhata PRH TL na-abụkarị ngwakọta nke inductance usoro na shunt capacitance. Dịka egosiri na Foto nke 1(b), ụdị sekit PLH TL bụ ngwakọta nke inductance shunt na capacitance usoro. N'ọrụ bara uru, ọ gaghị ekwe omume itinye sekit PLH. Nke a bụ n'ihi mmetụta inductance usoro parasitic na shunt capacitance. Ya mere, njirimara nke ahịrị nnyefe aka ekpe nke enwere ike imezu ugbu a bụ nhazi aka ekpe na aka nri niile mejupụtara, dịka egosiri na Foto nke 1(c).

Foto 1 Ụdị sekit dị iche iche nke eriri nnyefe

A na-agbakọ usoro mgbasa ozi (γ) nke ahịrị nnyefe (TL) dịka: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), ebe Y na Z na-anọchite anya nnabata na impedance n'otu n'otu. N'ịtụle CRLH-TL, enwere ike ịkọwa Z na Y dị ka:

CRLH TL otu ga-enwe njikọ mgbasa ozi ndị a:

β nke na-agbanwe agbanwe nwere ike ịbụ naanị ọnụọgụgụ n'ezie ma ọ bụ naanị ọnụọgụgụ n'echiche. Ọ bụrụ na β bụ ezigbo n'ime oke ugboro, enwere paspọtụ n'ime oke ugboro n'ihi ọnọdụ γ=jβ. N'aka nke ọzọ, ọ bụrụ na β bụ naanị ọnụọgụgụ n'echiche n'ime oke ugboro, enwere band nkwụsị n'ime oke ugboro n'ihi ọnọdụ γ=α. Band nkwụsị a pụrụ iche na CRLH-TL ma ọ dịghị adị na PRH-TL ma ọ bụ PLH-TL. Foto 2 (a), (b), na (c) na-egosi usoro mgbasa (ya bụ, mmekọrịta ω - β) nke PRH-TL, PLH-TL, na CRLH-TL, n'otu n'otu. Dabere na usoro mgbasa, enwere ike nweta ma tụọ ọsọ otu (vg=∂ω/∂β) na ọsọ usoro (vp=ω/β) nke ahịrị nnyefe. Maka PRH-TL, enwere ike ịchọpụta site na usoro ahụ na vg na vp bụ ihe yiri ya (ya bụ, vpvg>0). Maka PLH-TL, usoro ahụ na-egosi na vg na vp abụghị ihe yiri ibe ha (ya bụ, vpvg<0). Usoro mgbasa nke CRLH-TL na-egosikwa ịdị adị nke mpaghara LH (ya bụ, vpvg <0) na mpaghara RH (ya bụ, vpvg > 0). Dịka a pụrụ ịhụ site na Foto 2(c), maka CRLH-TL, ọ bụrụ na γ bụ ọnụọgụgụ ezigbo, enwere eriri nkwụsị.

Foto nke 2 Usoro mgbasa nke ahịrị nnyefe dị iche iche

N'ọtụtụ oge, usoro na ụda olu nke CRLH-TL dị iche, nke a na-akpọ ọnọdụ na-enweghị nhazi. Agbanyeghị, mgbe usoro na ugboro ugboro ụda olu yiri otu, a na-akpọ ya ọnọdụ nhazi, a na-egosikwa ụdị sekit nhata dị mfe nke sitere na ya na Foto 3(a).

Foto nke 3 Ụdị sekit na usoro mgbasa nke ahịrị nnyefe aka ekpe nke mejupụtara

Ka ugboro ugboro na-abawanye, njirimara mgbasa nke CRLH-TL na-abawanye nwayọ nwayọ. Nke a bụ n'ihi na ọsọ nke usoro (ya bụ, vp=ω/β) na-adaberekarị na ugboro ugboro. Na ugboro ugboro dị ala, CRLH-TL na-achịkwa, ebe na ugboro ugboro dị elu, CRLH-TL na-achịkwa site na RH. Nke a na-egosi ọdịdị abụọ nke CRLH-TL. E gosiri eserese mgbasa CRLH-TL nguzozi na Foto 3(b). Dịka egosiri na Foto 3(b), mgbanwe site na LH gaa na RH na-eme na:

Ebe ω0 bụ ugboro mgbanwe. Ya mere, n'ọnọdụ nhazi, mgbanwe dị nro na-eme site na LH gaa na RH n'ihi na γ bụ naanị ọnụọgụgụ echiche efu. Ya mere, enweghị ihe mgbochi maka mgbasa CRLH-TL kwesịrị ekwesị. Ọ bụ ezie na β bụ efu na ω0 (enweghị njedebe ma e jiri ya tụnyere ogologo ebili mmiri a na-eduzi, ya bụ, λg=2π/|β|), ebili mmiri ka na-agbasa n'ihi na vg na ω0 abụghị efu. N'otu aka ahụ, na ω0, mgbanwe nke usoro bụ efu maka TL nke ogologo d (ya bụ, φ= - βd=0). Ọganihu nke usoro (ya bụ, φ>0) na-eme na oke ugboro LH (ya bụ, ω<ω0), na nkwụsị nke usoro (ya bụ, φ<0) na-eme na oke ugboro RH (ya bụ, ω>ω0). Maka TL CRLH, a kọwara impedance njirimara dị ka ndị a:

Ebe ZL na ZR bụ ihe mgbochi PLH na PRH, n'otu n'otu. Maka ikpe na-enweghị nhazi, ihe mgbochi njirimara dabere na ugboro ole. Ihe mgbako dị n'elu na-egosi na ikpe ahụ nwere nhazi dabere na ugboro ole, yabụ ọ nwere ike inwe njikọ bandwit sara mbara. Ihe mgbako TL ewepụtara n'elu yiri paramita nhazi nke na-akọwa ihe CRLH. Ihe mgbako mgbasa nke TL bụ γ=jβ=Sqrt(ZY). Ebe ọ bụ na ihe mgbako mgbasa nke ihe (β=ω x Sqrt(εμ)), enwere ike nweta nhazi ndị a:

N'otu aka ahụ, impedance njirimara nke TL, ya bụ, Z0=Sqrt(ZY), yiri impedance njirimara nke ihe ahụ, ya bụ, η=Sqrt(μ/ε), nke a na-egosipụta dị ka:

E gosiri ihe ngosi ntụgharị uche nke CRLH-TL nke edobere na nke na-enweghị nhazi (ya bụ, n = cβ/ω) na eserese nke 4. Na eserese nke 4, ihe ngosi ntụgharị uche nke CRLH-TL na oke LH ya bụ ihe na-adịghị mma na ihe ngosi ntụgharị uche na oke RH ya bụ ihe dị mma.

Fig. 4 Ihe ngosi nkịtị nke CRLH TLs ndị a na-agbanwe agbanwe na ndị na-enweghị nhazi.

1. Netwọk LC
Site n'ịgbasa mkpụrụ ndụ LC bandpass egosiri na Foto 5(a), enwere ike ịrụ CRLH-TL nkịtị nke nwere nha nhata dị irè nke ogologo d mgbe ụfọdụ ma ọ bụ na-abụghị oge. N'ozuzu, iji hụ na ọ dị mfe ịgbakọ na imepụta CRLH-TL, sekit ahụ kwesịrị ịdị na-adịru oge. Ma e jiri ya tụnyere ụdị Foto 1(c), sel sekit nke Foto 5(a) enweghị nha na ogologo anụ ahụ pere mpe (ya bụ, Δz na mita). N'ịtụle ogologo eletriki ya θ=Δφ (rad), enwere ike igosipụta usoro nke sel LC. Agbanyeghị, iji mezuo inductance na capacitance etinyere n'ezie, ọ dị mkpa ka e guzobe ogologo anụ ahụ p. Nhọrọ nke teknụzụ ngwa (dịka microstrip, coplanar waveguide, ihe ndị dị n'elu ugwu, wdg) ga-emetụta nha anụ ahụ nke sel LC. Cell LC nke Foto 5(a) yiri ụdị mmụba nke Foto 1(c), yana oke ya p=Δz→0. Dịka ọnọdụ otu p→0 dị na Foto 5(b) si dị, enwere ike ịmepụta TL (site na ịgbasa mkpụrụ ndụ LC) nke dabara na otu CRLH-TL zuru oke nwere ogologo d, ka TL wee yie otu ebili mmiri elektrọnik.

Foto nke 5 CRLH TL dabere na netwọk LC.

Maka mkpụrụ ndụ LC, na-atụle ọnọdụ ókèala oge (PBCs) nke yiri usoro Bloch-Floquet, a na-egosi ma gosipụta mmekọrịta mgbasa nke mkpụrụ ndụ LC dị ka ndị a:

A na-ekpebi impedance usoro (Z) na shunt admittance (Y) nke mkpụrụ ndụ LC site na nha ndị a:

Ebe ọ bụ na ogologo eletriki nke sekit LC nkeji dị obere nke ukwuu, enwere ike iji ihe nha Taylor nweta:

2. Mmejuputa anụ ahụ
N'akụkụ gara aga, a tụlere netwọk LC iji mepụta CRLH-TL. Enwere ike imezu netwọk LC ndị a naanị site na iji ihe anụ ahụ nke nwere ike imepụta ikike achọrọ (CR na CL) na inductance (LR na LL). N'afọ ndị na-adịbeghị anya, itinye ihe ndị mejupụtara teknụzụ elu (SMT) ma ọ bụ ihe ndị mejupụtara kesara adọtala mmasị dị ukwuu. Enwere ike iji Microstrip, stripline, coplanar waveguide ma ọ bụ teknụzụ ndị ọzọ yiri ya iji mepụta ihe ndị mejupụtara kesara. Enwere ọtụtụ ihe ị ga-atụle mgbe ị na-ahọrọ ibe SMT ma ọ bụ ihe ndị mejupụtara kesara. Ọdịdị CRLH nke dabere na SMT bụ ihe a na-ahụkarị ma dịkwa mfe itinye n'ọrụ n'ihe gbasara nyocha na imewe. Nke a bụ n'ihi nnweta nke ihe ndị mejupụtara SMT chip na-anaghị adị na shelf, nke anaghị achọ mgbanwe na imepụta ma e jiri ya tụnyere ihe ndị mejupụtara kesara. Agbanyeghị, nnweta nke ihe ndị mejupụtara SMT agbasasịala, ha na-arụkwa ọrụ naanị na obere ugboro (ya bụ, 3-6GHz). Ya mere, nhazi CRLH nke dabere na SMT nwere oke ugboro ọrụ na njirimara nkebi akọwapụtara. Dịka ọmụmaatụ, na ngwa radiating, ihe ndị mejupụtara SMT chip nwere ike ọ gaghị ekwe omume. Foto nke 6 na-egosi nhazi kesara dabere na CRLH-TL. A na-ahụ nhazi ahụ site na ikike dị n'etiti digittal na ahịrị sekit dị mkpụmkpụ, na-emepụta capacitance usoro CL na parallel inductance LL nke LH n'otu n'otu. A na-eche na capacitance dị n'etiti ahịrị na GND bụ RH capacitance CR, a na-ewerekwa inductance nke flux magnet nke mmiri ugbu a na nhazi interdigital mepụtara bụ RH inductance LR.