સમાચાર - મેટામેટરિયલ્સ પર આધારિત ટ્રાન્સમિશન લાઇન એન્ટેનાની સમીક્ષા (ભાગ 2)

2. એન્ટેના સિસ્ટમ્સમાં MTM-TL ની એપ્લિકેશન
આ વિભાગ કૃત્રિમ મેટામેટરિયલ TLs અને ઓછી કિંમત, સરળ ઉત્પાદન, લઘુચિત્રીકરણ, વિશાળ બેન્ડવિડ્થ, ઉચ્ચ લાભ અને કાર્યક્ષમતા, વિશાળ શ્રેણી સ્કેનીંગ ક્ષમતા અને ઓછી પ્રોફાઇલ સાથે વિવિધ એન્ટેના માળખાને સાકાર કરવા માટે તેમની કેટલીક સૌથી સામાન્ય અને સંબંધિત એપ્લિકેશનો પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરશે. તેઓ નીચે ચર્ચા કરવામાં આવી છે.

1. બ્રોડબેન્ડ અને મલ્ટી-ફ્રિકવન્સી એન્ટેના
l ની લંબાઈવાળા લાક્ષણિક TL માં, જ્યારે કોણીય આવર્તન ω0 આપવામાં આવે છે, ત્યારે ટ્રાન્સમિશન લાઇનની વિદ્યુત લંબાઈ (અથવા તબક્કા) ની ગણતરી નીચે પ્રમાણે કરી શકાય છે:

જ્યાં vp ટ્રાન્સમિશન લાઇનના તબક્કા વેગનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. ઉપરથી જોઈ શકાય છે તેમ, બેન્ડવિડ્થ જૂથ વિલંબને નજીકથી અનુરૂપ છે, જે આવર્તનના સંદર્ભમાં φ નું વ્યુત્પન્ન છે. તેથી, જેમ જેમ ટ્રાન્સમિશન લાઇનની લંબાઈ ઓછી થતી જાય છે તેમ તેમ બેન્ડવિડ્થ પણ પહોળી થતી જાય છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, બેન્ડવિડ્થ અને ટ્રાન્સમિશન લાઇનના મૂળભૂત તબક્કા વચ્ચે વિપરિત સંબંધ છે, જે ડિઝાઇન ચોક્કસ છે. આ બતાવે છે કે પરંપરાગત વિતરિત સર્કિટમાં, ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ નિયંત્રિત કરવા માટે સરળ નથી. આ સ્વતંત્રતાની ડિગ્રીના સંદર્ભમાં પરંપરાગત ટ્રાન્સમિશન લાઇનની મર્યાદાઓને આભારી હોઈ શકે છે. જો કે, લોડિંગ તત્વો મેટામેટરિયલ TL માં વધારાના પરિમાણોનો ઉપયોગ કરવાની મંજૂરી આપે છે, અને તબક્કાના પ્રતિભાવને અમુક હદ સુધી નિયંત્રિત કરી શકાય છે. બેન્ડવિડ્થ વધારવા માટે, વિક્ષેપ લાક્ષણિકતાઓની ઓપરેટિંગ આવર્તનની નજીક સમાન ઢોળાવ હોવો જરૂરી છે. કૃત્રિમ મેટામેટરિયલ TL આ ધ્યેય હાંસલ કરી શકે છે. આ અભિગમના આધારે, એન્ટેનાની બેન્ડવિડ્થ વધારવા માટેની ઘણી પદ્ધતિઓ પેપરમાં સૂચિત છે. વિદ્વાનોએ સ્પ્લિટ રિંગ રેઝોનેટરથી ભરેલા બે બ્રોડબેન્ડ એન્ટેના ડિઝાઇન અને બનાવટ કર્યા છે (જુઓ આકૃતિ 7). આકૃતિ 7 માં દર્શાવેલ પરિણામો દર્શાવે છે કે પરંપરાગત મોનોપોલ એન્ટેના સાથે સ્પ્લિટ રિંગ રેઝોનેટર લોડ કર્યા પછી, ઓછી રેઝોનન્ટ ફ્રીક્વન્સી મોડ ઉત્સાહિત છે. સ્પ્લિટ રિંગ રેઝોનેટરનું કદ મોનોપોલ એન્ટેનાની નજીકના પડઘોને પ્રાપ્ત કરવા માટે ઑપ્ટિમાઇઝ કરવામાં આવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે જ્યારે બે રેઝોનન્સ એકરૂપ થાય છે, ત્યારે એન્ટેનાની બેન્ડવિડ્થ અને રેડિયેશન લાક્ષણિકતાઓમાં વધારો થાય છે. મોનોપોલ એન્ટેનાની લંબાઈ અને પહોળાઈ અનુક્રમે 0.25λ0×0.11λ0 અને 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz) છે, અને સ્પ્લિટ રિંગ રેઝોનેટર સાથે લોડ થયેલ મોનોપોલ એન્ટેનાની લંબાઈ અને પહોળાઈ 0.29λ0×0.29GHz (29GHz) છે. ), અનુક્રમે. સ્પ્લિટ રિંગ રિઝોનેટર વગરના પરંપરાગત F-આકારના એન્ટેના અને T-આકારના એન્ટેના માટે, 5GHz બેન્ડમાં માપવામાં આવેલ સૌથી વધુ લાભ અને રેડિયેશન કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 3.6dBi - 78.5% અને 3.9dBi - 80.2% છે. સ્પ્લિટ રિંગ રેઝોનેટર સાથે લોડ થયેલ એન્ટેના માટે, આ પરિમાણો 6GHz બેન્ડમાં અનુક્રમે 4dBi - 81.2% અને 4.4dBi - 83% છે. મોનોપોલ એન્ટેના પર મેચિંગ લોડ તરીકે સ્પ્લિટ રિંગ રેઝોનેટરનો અમલ કરીને, 2.9GHz ~ 6.41GHz અને 2.6GHz ~ 6.6GHz બેન્ડને સપોર્ટ કરી શકાય છે, અનુક્રમે 75.4% અને ~87% ની અપૂર્ણાંક બેન્ડવિડ્થને અનુરૂપ. આ પરિણામો દર્શાવે છે કે માપન બેન્ડવિડ્થ લગભગ નિશ્ચિત કદના પરંપરાગત મોનોપોલ એન્ટેનાની તુલનામાં આશરે 2.4 ગણો અને 2.11 ગણો સુધારેલ છે.

આકૃતિ 7. બે બ્રોડબેન્ડ એન્ટેના સ્પ્લિટ-રિંગ રેઝોનેટર સાથે લોડ થયેલ છે.

આકૃતિ 8 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, કોમ્પેક્ટ પ્રિન્ટેડ મોનોપોલ એન્ટેનાના પ્રાયોગિક પરિણામો બતાવવામાં આવ્યા છે. જ્યારે S11≤- 10 dB, ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ 185% (0.115-2.90 GHz) હોય છે, અને 1.45 GHz પર, પીક ગેઇન અને રેડિયેશન કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 2.35 dBi અને 78.8% હોય છે. એન્ટેનાનું લેઆઉટ બેક-ટુ-બેક ત્રિકોણાકાર શીટ સ્ટ્રક્ચર જેવું જ છે, જે વક્રીય પાવર વિભાજક દ્વારા ખવડાવવામાં આવે છે. કાપેલા GNDમાં ફીડરની નીચે એક કેન્દ્રિય સ્ટબ મૂકવામાં આવે છે, અને તેની આસપાસ ચાર ખુલ્લા રેઝોનન્ટ રિંગ્સનું વિતરણ કરવામાં આવે છે, જે એન્ટેનાની બેન્ડવિડ્થને પહોળી કરે છે. એન્ટેના મોટા ભાગના VHF અને S બેન્ડ અને તમામ UHF અને L બેન્ડને આવરી લેતાં લગભગ સર્વદિશા પ્રસારિત થાય છે. એન્ટેનાનું ભૌતિક કદ 48.32×43.72×0.8 mm3 છે, અને વિદ્યુત કદ 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0 છે. તે નાના કદ અને ઓછી કિંમતના ફાયદા ધરાવે છે, અને બ્રોડબેન્ડ વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન સિસ્ટમ્સમાં સંભવિત એપ્લિકેશનની સંભાવનાઓ ધરાવે છે.

આકૃતિ 8: મોનોપોલ એન્ટેના સ્પ્લિટ રિંગ રેઝોનેટર સાથે લોડ થયેલ છે.

આકૃતિ 9 એ પ્લાનર એન્ટેનાનું માળખું બતાવે છે જેમાં બે વિયાસ દ્વારા કાપેલા T-આકારના ગ્રાઉન્ડ પ્લેન પર ગ્રાઉન્ડેડ ઇન્ટરકનેક્ટેડ મેન્ડર વાયર લૂપ્સની બે જોડી હોય છે. એન્ટેનાનું કદ 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0) છે, જ્યાં λ0 એ 0.55 GHz ની ફ્રી સ્પેસ વેવલેન્થ છે. એન્ટેના 0.55 ~ 3.85 ગીગાહર્ટ્ઝના ઓપરેટિંગ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં ઇ-પ્લેનમાં સર્વ-દિશામાં ફેલાય છે, જેમાં મહત્તમ 5.5dBi 2.35GHz અને કાર્યક્ષમતા 90.1% છે. આ સુવિધાઓ સૂચિત એન્ટેનાને UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi અને બ્લૂટૂથ સહિત વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે યોગ્ય બનાવે છે.

ફિગ. 9 પ્રસ્તાવિત પ્લાનર એન્ટેના માળખું.

2. લીકી વેવ એન્ટેના (LWA)
નવી લીકી વેવ એન્ટેના એ કૃત્રિમ મેટામેટરીયલ TL ને સાકાર કરવા માટેની મુખ્ય એપ્લિકેશનોમાંની એક છે. લીકી વેવ એન્ટેના માટે, કિરણોત્સર્ગ કોણ (θm) અને મહત્તમ બીમ પહોળાઈ (Δθ) પર તબક્કા સ્થિર β ની અસર નીચે મુજબ છે:

L એ એન્ટેનાની લંબાઈ છે, k0 એ ખાલી જગ્યામાં તરંગ સંખ્યા છે, અને λ0 એ ખાલી જગ્યામાં તરંગલંબાઈ છે. નોંધ કરો કે રેડિયેશન ત્યારે જ થાય છે જ્યારે |β|

3. ઝીરો-ઓર્ડર રેઝોનેટર એન્ટેના
સીઆરએલએચ મેટામેટરીયલની એક અનન્ય મિલકત એ છે કે જ્યારે આવર્તન શૂન્યની બરાબર ન હોય ત્યારે β 0 હોઈ શકે છે. આ ગુણધર્મના આધારે, નવું શૂન્ય-ઓર્ડર રેઝોનેટર (ZOR) જનરેટ કરી શકાય છે. જ્યારે β શૂન્ય હોય છે, ત્યારે સમગ્ર રેઝોનેટરમાં કોઈ તબક્કો શિફ્ટ થતો નથી. આનું કારણ એ છે કે તબક્કો શિફ્ટ સતત φ = - βd = 0. વધુમાં, રેઝોનન્સ માત્ર પ્રતિક્રિયાશીલ લોડ પર આધાર રાખે છે અને તે બંધારણની લંબાઈથી સ્વતંત્ર છે. આકૃતિ 10 દર્શાવે છે કે સૂચિત એન્ટેના ઇ-આકાર સાથે બે અને ત્રણ એકમોને લાગુ કરીને બનાવટી છે, અને કુલ કદ 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 અને 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 છે, જ્યાં અનુક્રમે λng, λth તરંગ રજૂ કરે છે. ઓપરેટિંગ વખતે ખાલી જગ્યા અનુક્રમે 500 MHz અને 650 MHz ની ફ્રીક્વન્સી. એન્ટેના 91.9% અને 96.0% ની સંબંધિત બેન્ડવિડ્થ સાથે 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) અને 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) ની ફ્રીક્વન્સીઝ પર કાર્ય કરે છે. નાના કદ અને વિશાળ બેન્ડવિડ્થની વિશેષતાઓ ઉપરાંત, પ્રથમ અને બીજા એન્ટેનાનો લાભ અને કાર્યક્ષમતા અનુક્રમે 5.3dBi અને 85% (1GHz) અને 5.7dBi અને 90% (1.4GHz) છે.

ફિગ. 10 સૂચિત ડબલ-ઇ અને ટ્રિપલ-ઇ એન્ટેના સ્ટ્રક્ચર્સ.

4. સ્લોટ એન્ટેના
સીઆરએલએચ-એમટીએમ એન્ટેનાનું બાકોરું મોટું કરવા માટે એક સરળ પદ્ધતિ પ્રસ્તાવિત કરવામાં આવી છે, પરંતુ તેના એન્ટેનાનું કદ લગભગ યથાવત છે. આકૃતિ 11 માં બતાવ્યા પ્રમાણે, એન્ટેનામાં એકબીજા પર ઊભી રીતે સ્ટેક કરેલા CRLH એકમોનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં પેચ અને મીન્ડર લાઇન્સ હોય છે, અને પેચ પર S-આકારનો સ્લોટ હોય છે. એન્ટેનાને CPW મેચિંગ સ્ટબ દ્વારા ખવડાવવામાં આવે છે, અને તેનું કદ 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm છે, જે 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0 ને અનુરૂપ છે, જ્યાં λ0 (3.5GHz) ખાલી જગ્યાની તરંગલંબાઇ દર્શાવે છે. પરિણામો દર્શાવે છે કે એન્ટેના 0.85-7.90GHz ના ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં કાર્ય કરે છે, અને તેની ઓપરેટિંગ બેન્ડવિડ્થ 161.14% છે. એન્ટેનાનો સૌથી વધુ રેડિયેશન ગેઇન અને કાર્યક્ષમતા 3.5GHz પર દેખાય છે, જે અનુક્રમે 5.12dBi અને ~80% છે.