Novaĵo - Revizio de transmisiliniantenoj bazitaj sur metamaterialoj (Parto 2)

2. Apliko de MTM-TL en Antenaj Sistemoj
Ĉi tiu sekcio fokusiĝos pri artefarita metamaterialo TL-oj kaj kelkaj el iliaj plej oftaj kaj gravaj aplikoj por realigi diversajn antenstrukturojn kun malalta kosto, facila fabrikado, miniaturigo, larĝa bendolarĝo, alta gajno kaj efikeco, larĝa gamo skanadkapablo kaj malalta profilo. Ili estas diskutitaj sube.

1. Larĝbendaj kaj multfrekvencaj antenoj
En tipa TL kun longo de l, kiam la angulfrekvenco ω0 estas donita, la elektra longo (aŭ fazo) de la transmisilinio povas esti kalkulita jene:

Kie vp reprezentas la fazrapidecon de la transmisilinio. Kiel povas esti vidita de ĉi-supra, la bendolarĝo egalrilatas proksime al la grupprokrasto, kiu estas la derivaĵo de φ kun respekto al frekvenco. Tial, ĉar la transmisilinia longo iĝas pli mallonga, la bendolarĝo ankaŭ iĝas pli larĝa. En aliaj vortoj, ekzistas inversa rilato inter la bendolarĝo kaj la fundamenta fazo de la transmisilinio, kiu estas dezajnospecifa. Ĉi tio montras, ke en tradiciaj distribuitaj cirkvitoj, la operacia bendolarĝo ne estas facile regebla. Tio povas esti atribuita al la limigoj de tradiciaj transmisilinioj laŭ gradoj da libereco. Tamen, ŝarĝaj elementoj permesas al kromaj parametroj esti uzitaj en metamaterialaj TLoj, kaj la fazrespondo povas esti kontrolita certagrade. Por pliigi la bendolarĝon, necesas havi similan deklivon proksime de la operacia frekvenco de la disvastigaj trajtoj. Artefarita metamaterialo TL povas atingi ĉi tiun celon. Surbaze de tiu aliro, multaj metodoj por plifortigi la bendolarĝon de antenoj estas proponitaj en la papero. Akademiuloj dizajnis kaj fabrikis du larĝbendajn antenojn ŝarĝitajn per dividitaj ringresonatoroj (vidu Figuro 7). La rezultoj montritaj en Figuro 7 montras, ke post ŝarĝo de la dividita ringresonatoro per la konvencia monopolanteno, reĝimo de malalta resonanca frekvenco estas ekscitita. La grandeco de la dividita ringresonatoro estas optimumigita por atingi resonancon proksiman al tiu de la monopolanteno. La rezultoj montras ke kiam la du resonancoj koincidas, la bendolarĝo kaj radiadkarakterizaĵoj de la anteno estas pliigitaj. La longo kaj larĝo de la monopolanteno estas 0.25λ0×0.11λ0 kaj 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz), respektive, kaj la longo kaj larĝo de la monopolanteno ŝarĝita per dividita ringresonatoro estas 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz). ), respektive. Por la konvencia F-forma anteno kaj T-forma anteno sen dividita ringresonatoro, la plej alta gajno kaj radia efikeco mezuritaj en la 5GHz-bendo estas 3.6dBi - 78.5% kaj 3.9dBi - 80.2%, respektive. Por la anteno ŝarĝita per dividita ringa resonatoro, ĉi tiuj parametroj estas 4dBi - 81.2% kaj 4.4dBi - 83%, respektive, en la 6GHz-grupo. Realigante dividitan ringresonatoron kiel kongruan ŝarĝon sur la monopola anteno, la 2.9GHz ~ 6.41GHz kaj 2.6GHz ~ 6.6GHz-bendoj povas esti subtenataj, respondante al frakciaj bendolarĝoj de 75,4% kaj ~87%, respektive. Ĉi tiuj rezultoj montras, ke la mezura bendolarĝo estas plibonigita je proksimume 2.4 fojojn kaj 2.11 fojojn kompare kun tradiciaj monopolaj antenoj de proksimume fiksa grandeco.

Figuro 7. Du larĝbendaj antenoj ŝarĝitaj per dividitaj ringaj resonatoroj.

Kiel montrite en Figuro 8, la eksperimentaj rezultoj de la kompakta presita monopolanteno estas montritaj. Kiam S11≤- 10 dB, la operacia bendolarĝo estas 185% (0.115-2.90 GHz), kaj ĉe 1.45 GHz, la pinta gajno kaj radia efikeco estas 2.35 dBi kaj 78.8%, respektive. La enpaĝigo de la anteno estas simila al dors-al-dorsa triangula tukstrukturo, kiu estas provizita per kurba potencdividilo. La stumpigita GND enhavas centran stupon metitan sub la nutrilon, kaj kvar malfermaj resonancaj ringoj estas distribuitaj ĉirkaŭ ĝi, kiu plilarĝigas la bendolarĝon de la anteno. La anteno radias preskaŭ ĉiudirekte, kovrante la plej multajn el la UHF kaj S-grupoj, kaj ĉiujn la UHF kaj L-grupoj. La fizika grandeco de la anteno estas 48,32×43,72×0,8 mm3, kaj la elektra grandeco estas 0,235λ0×0,211λ0×0,003λ0. Ĝi havas la avantaĝojn de malgranda grandeco kaj malalta kosto, kaj havas eblajn aplikajn perspektivojn en larĝbendaj sendrataj komunikadsistemoj.

Figuro 8: Monopolanteno ŝarĝita per dividita ringresonatoro.

Figuro 9 montras ebenan antenstrukturon konsistantan el du paroj de interligitaj meandraj dratobukloj surgrundigitaj al senpintigita T-forma grunda ebeno tra du vias. La antengrandeco estas 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0), kie λ0 estas la liberspaca ondolongo de 0.55 GHz. La anteno radias ĉiudirekte en la E-aviadilo en la funkcia frekvenca bando de 0,55 ~ 3,85 GHz, kun maksimuma gajno de 5,5 dBi ĉe 2,35 GHz kaj efikeco de 90,1%. Ĉi tiuj trajtoj igas la proponitan antenon taŭga por diversaj aplikoj, inkluzive de UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi kaj Bluetooth.

Fig. 9 Proponita ebena antena strukturo.

2. Leaky Wave Anteno (LWA)
La nova lika onda anteno estas unu el la ĉefaj aplikoj por realigi artefaritan metamaterialon TL. Por likaj ondantenoj, la efiko de la fazkonstanto β sur la radiadangulo (θm) kaj la maksimuma faskolarĝo (Δθ) estas kiel sekvas:

L estas la antenlongo, k0 estas la ondonombro en libera spaco, kaj λ0 estas la ondolongo en libera spaco. Notu ke radiado okazas nur kiam |β|

3. Nula orda resonatora anteno
Unika posedaĵo de CRLH-metamaterialo estas ke β povas esti 0 kiam la frekvenco ne estas egala al nul. Surbaze de ĉi tiu posedaĵo, nova nul-orda resonatoro (ZOR) povas esti generita. Kiam β estas nul, neniu fazoŝanĝo okazas en la tuta resonator. Ĉi tio estas ĉar la konstanto de fazoŝanĝo φ = - βd = 0. Krome, la resonanco dependas nur de la reaktiva ŝarĝo kaj estas sendependa de la longo de la strukturo. Figuro 10 montras, ke la proponita anteno estas fabrikita per aplikado de du kaj tri ekzempleroj kun E-formo, kaj la totala grandeco estas 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 kaj 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, respektive, kie λng0 reprezentas la ondon λ0. de libera spaco ĉe operaciaj frekvencoj de 500 MHz kaj 650 MHz, respektive. La anteno funkcias ĉe frekvencoj de 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) kaj 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), kun relativaj bendolarĝoj de 91,9% kaj 96,0%. Krom la karakterizaĵoj de malgranda grandeco kaj larĝa bendolarĝo, la gajno kaj efikeco de la unua kaj dua antenoj estas 5.3dBi kaj 85% (1GHz) kaj 5.7dBi kaj 90% (1.4GHz), respektive.

Fig. 10 Proponitaj duoble-E kaj triobla-E antenostrukturoj.

4. Slot Anteno
Simpla metodo estis proponita por pligrandigi la aperturon de la CRLH-MTM-anteno, sed ĝia antengrandeco estas preskaŭ senŝanĝa. Kiel montrite en Figuro 11, la anteno inkludas CRLH-unuojn stakigitajn vertikale unu sur la alian, kiuj enhavas pecetojn kaj meandroliniojn, kaj ekzistas S-forma fendo sur la peceto. La anteno estas provizita per CPW-kongrua ĝermo, kaj ĝia grandeco estas 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, egalrilatante al 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0, kie λ0 (3.5GHz) reprezentas la ondolongon de libera spaco. La rezultoj montras, ke la anteno funkcias en la frekvenca bando de 0.85-7.90GHz, kaj ĝia operacia bendolarĝo estas 161.14%. La plej alta radiada gajno kaj efikeco de la anteno aperas ĉe 3.5GHz, kiuj estas 5.12dBi kaj ~80%, respektive.