Novaĵoj - Revizio de transmisliniaj antenoj bazitaj sur metamaterialoj (Parto 2)

2. Apliko de MTM-TL en Antensistemoj
Ĉi tiu sekcio fokusiĝos al artefaritaj metamaterialaj 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, larĝdistanca skana kapablo kaj malalta profilo. Ili estas diskutitaj sube.

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

Kie vp reprezentas la fazrapidecon de la transmisilinio. Kiel videblas el la supre menciitaj, la bendlarĝo proksime korespondas al la grupa prokrasto, kiu estas la derivaĵo de φ rilate al frekvenco. Tial, kiam la transmisilinia longo mallongiĝas, la bendlarĝo ankaŭ plilarĝiĝas. Alivorte, ekzistas inversa rilato inter la bendlarĝo kaj la fundamenta fazo de la transmisilinio, kiu estas specifa por la dezajno. Ĉi tio montras, ke en tradiciaj distribuitaj cirkvitoj, la funkcia bendlarĝo ne estas facile kontrolebla. Ĉi tio povas esti atribuita al la limigoj de tradiciaj transmisilinioj rilate al gradoj de libereco. Tamen, ŝarĝelementoj permesas uzi pliajn parametrojn en metamaterialaj TL-oj, kaj la fazrespondo povas esti kontrolita ĝis ia grado. Por pliigi la bendlarĝon, necesas havi similan deklivon proksime al la funkcia frekvenco de la dispersaj karakterizaĵoj. Artefarita metamateriala TL povas atingi ĉi tiun celon. Surbaze de ĉi tiu aliro, multaj metodoj por plibonigi la bendlarĝon de antenoj estas proponitaj en la artikolo. Scienculoj desegnis kaj fabrikis du larĝbendajn antenojn ŝarĝitajn per dividitaj ringaj resonatoroj (vidu Figuron 7). La rezultoj montritaj en Figuro 7 montras, ke post ŝarĝado de la dividita ringa resonatoro per la konvencia monopola anteno, malalt-resonanca frekvenca reĝimo ekscitiĝas. La grandeco de la dividita ringa resonatoro estas optimumigita por atingi resonancon proksiman al tiu de la monopola anteno. La rezultoj montras, ke kiam la du resonancoj koincidas, la bendolarĝo kaj radiaj karakterizaĵoj de la anteno pliiĝas. La longo kaj larĝo de la monopola anteno estas 0.25λ0×0.11λ0 kaj 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz), respektive, kaj la longo kaj larĝo de la monopola anteno ŝarĝita per dividita ringa resonatoro estas 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz), respektive. Por la konvencia F-forma anteno kaj T-forma anteno sen dividita ringa resonatoro, 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-bendo. Per efektivigo de dividita ringa resonatoro kiel kongrua ŝarĝo sur la monopola anteno, la bendoj 2.9GHz ~ 6.41GHz kaj 2.6GHz ~ 6.6GHz povas esti subtenataj, respondante al frakciaj bendlarĝoj de 75.4% kaj ~87%, respektive. Ĉi tiuj rezultoj montras, ke la mezurbendlarĝo estas plibonigita je proksimume 2.4-oble kaj 2.11-oble kompare kun tradiciaj monopolaj antenoj de proksimume fiksa grandeco.

Figuro 7. Du larĝbendaj antenoj ŝarĝitaj per disfenditaj ringoresonatoroj.

Kiel montrite en Figuro 8, la eksperimentaj rezultoj de la kompakta presita monopola anteno estas montritaj. Kiam S11≤- 10 dB, la funkcia bendlarĝo estas 185% (0.115-2.90 GHz), kaj je 1.45 GHz, la pinta gajno kaj radia efikeco estas 2.35 dBi kaj 78.8%, respektive. La aranĝo de la anteno similas al dors-al-dorsa triangula lamenstrukturo, kiu estas nutrata per kurba potencdividilo. La stumpigita GND enhavas centran stumpon metitan sub la nutrilon, kaj kvar malfermaj resonancaj ringoj estas distribuitaj ĉirkaŭ ĝi, kio plilarĝigas la bendlarĝon de la anteno. La anteno radias preskaŭ ĉiudirekte, kovrante la plejparton de la VHF kaj S-bendoj, kaj ĉiujn UHF kaj L-bendojn. 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 aplikoperspektivojn en larĝbendaj sendrataj komunikaj sistemoj.

Figuro 8: Monopola anteno ŝarĝita per dividita ringa resonatoro.

Figuro 9 montras ebenan antenstrukturon konsistantan el du paroj da interligitaj meandroformaj dratbukloj, konektitaj al stumpigita T-forma tera ebeno tra du truoj. La antengrandeco estas 38,5×36,6 mm² (0,070λ₀×0,067λ₀), kie λ₀ estas la ondolongo en la libera spaco de 0,55 GHz. La anteno radias ĉiudirekte en la E-ebeno en la funkcianta frekvencbendo de 0,55 ~ 3,85 GHz, kun maksimuma gajno de 5,5 dBi je 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 antenstrukturo.

2. Lika Ondo-Anteno (LWA)
La nova lika onda anteno estas unu el la ĉefaj aplikoj por realigi artefaritan metamaterialan TL. Por likaj ondantenoj, la efiko de la fazkonstanto β sur la radian angulon (θm) kaj la maksimuman faskolarĝon (Δθ) estas jena:

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

3. Nul-orda resonatora anteno
Unika eco de CRLH-metamaterialo estas, ke β povas esti 0 kiam la frekvenco ne egalas al nulo. Surbaze de ĉi tiu eco, nova nul-orda resonatoro (ZOR) povas esti generita. Kiam β estas nulo, neniu fazoŝovo okazas en la tuta resonatoro. Ĉi tio estas ĉar la fazoŝova konstanto 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 aplikante du kaj tri unuojn kun E-formo, kaj la tuta grandeco estas 0,017λ₂ × 0,006λ₂ × 0,001λ₂ kaj 0,028λ₂ × 0,008λ₂ × 0,001λ₂, respektive, kie λ₂ reprezentas la ondolongon de libera spaco ĉe funkciaj frekvencoj de 500 MHz kaj 650 MHz, respektive. La anteno funkcias je frekvencoj de 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) kaj 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), kun relativaj bendlarĝoj de 91,9% kaj 96,0%. Aldone al la karakterizaĵoj de malgranda grandeco kaj larĝa bendlarĝo, 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 trioble-E antenstrukturoj.

4. Anteno por fendo
Simpla metodo estis proponita por pligrandigi la aperturon de la CRLH-MTM-anteno, sed ĝia antengrandeco restas preskaŭ senŝanĝa. Kiel montrite en Figuro 11, la anteno inkluzivas CRLH-unuojn stakigitajn vertikale unu sur la alia, kiuj enhavas pecetojn kaj serpentumajn liniojn, kaj estas S-forma fendo sur la peceto. La anteno estas nutrata per CPW-kongruiga stumpo, kaj ĝia grandeco estas 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, kio respondas 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 frekvencbendo de 0.85-7.90GHz, kaj ĝia funkcia bendlarĝo estas 161.14%. La plej alta radia gajno kaj efikeco de la anteno aperas je 3.5GHz, kiuj estas 5.12dBi kaj ~80%, respektive.