એન્ટેના સમીક્ષા: ફ્રેક્ટલ મેટાસર્ફેસ અને એન્ટેના ડિઝાઇનની સમીક્ષા

1970 ના દાયકામાં ગણિતશાસ્ત્રી બેનોઈટ બી. મેન્ડેલબ્રોટ દ્વારા ફ્રેકટલ્સની વિભાવના રજૂ કરવામાં આવી હતી, જોકે ખંડિત ભૂમિતિની ઉત્પત્તિ ઘણા ગણિતશાસ્ત્રીઓના અગાઉના કાર્યમાં શોધી શકાય છે, જેમ કે કેન્ટોર (1870), વોન કોચ (1904), સિઅરપિન્સકી (1915). ), જુલિયા (1918), ફટોઉ (1926), અને રિચાર્ડસન (1953).
બેનોઈટ બી. મેન્ડેલબ્રોટે વૃક્ષો, પર્વતો અને દરિયાકિનારા જેવી વધુ જટિલ રચનાઓનું અનુકરણ કરવા માટે નવા પ્રકારના ફ્રેકટલ્સ રજૂ કરીને ફ્રેકટલ્સ અને પ્રકૃતિ વચ્ચેના સંબંધનો અભ્યાસ કર્યો. તેમણે પરંપરાગત યુક્લિડિયન ભૂમિતિ દ્વારા વર્ગીકૃત ન કરી શકાય તેવા અનિયમિત અને ખંડિત ભૌમિતિક આકારોનું વર્ણન કરવા માટે લેટિન વિશેષણ "ફ્રેક્ટસ" પરથી "ફ્રેકટલ" શબ્દ બનાવ્યો, જેનો અર્થ થાય છે "તૂટેલા" અથવા "ફ્રેક્ચર", એટલે કે તૂટેલા અથવા અનિયમિત ટુકડાઓથી બનેલું. વધુમાં, તેમણે ફ્રેકટલ્સ બનાવવા અને તેનો અભ્યાસ કરવા માટે ગાણિતિક મોડલ અને અલ્ગોરિધમ્સ વિકસાવ્યા, જેના કારણે પ્રખ્યાત મેન્ડેલબ્રોટ સેટની રચના થઈ, જે જટિલ અને અનંત પુનરાવર્તિત પેટર્ન સાથે કદાચ સૌથી પ્રખ્યાત અને દૃષ્ટિની રીતે આકર્ષક ફ્રેક્ટલ આકાર છે (જુઓ આકૃતિ 1d).
મેન્ડેલબ્રોટના કાર્યની માત્ર ગણિત પર જ અસર નથી, પરંતુ ભૌતિકશાસ્ત્ર, કોમ્પ્યુટર ગ્રાફિક્સ, જીવવિજ્ઞાન, અર્થશાસ્ત્ર અને કલા જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં એપ્લિકેશન્સ પણ છે. વાસ્તવમાં, જટિલ અને સ્વ-સમાન રચનાઓનું મોડેલ બનાવવા અને તેનું પ્રતિનિધિત્વ કરવાની તેમની ક્ષમતાને કારણે, ફ્રેકટલ્સ વિવિધ ક્ષેત્રોમાં અસંખ્ય નવીન એપ્લિકેશનો ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, તેઓ નીચેના એપ્લિકેશન વિસ્તારોમાં વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે, જે તેમની વ્યાપક એપ્લિકેશનના થોડા ઉદાહરણો છે:
1. કોમ્પ્યુટર ગ્રાફિક્સ અને એનિમેશન, વાસ્તવિક અને દૃષ્ટિની આકર્ષક કુદરતી લેન્ડસ્કેપ્સ, વૃક્ષો, વાદળો અને ટેક્સચર પેદા કરે છે;
2. ડિજિટલ ફાઇલોનું કદ ઘટાડવા માટે ડેટા કમ્પ્રેશન ટેકનોલોજી;
3. ઈમેજ અને સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ, ઈમેજીસમાંથી ફીચર્સ કાઢવા, પેટર્ન શોધવી અને ઈમેજ કમ્પ્રેશન અને પુનઃનિર્માણની અસરકારક પદ્ધતિઓ પ્રદાન કરવી;
4. જીવવિજ્ઞાન, છોડની વૃદ્ધિ અને મગજમાં ચેતાકોષોના સંગઠનનું વર્ણન કરે છે;
5. એન્ટેના થિયરી અને મેટામેટરીયલ્સ, કોમ્પેક્ટ/મલ્ટી-બેન્ડ એન્ટેના અને નવીન મેટાસર્ફેસની રચના.
હાલમાં, ખંડિત ભૂમિતિ વિવિધ વૈજ્ઞાનિક, કલાત્મક અને તકનીકી શાખાઓમાં નવા અને નવીન ઉપયોગો શોધવાનું ચાલુ રાખે છે.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક (EM) ટેક્નોલોજીમાં, એન્ટેનાથી મેટામટેરિયલ્સ અને ફ્રીક્વન્સી સિલેક્ટિવ સરફેસ (FSS) સુધી લઘુચિત્રીકરણની જરૂર હોય તેવા એપ્લીકેશન માટે ફ્રેક્ટલ આકાર ખૂબ જ ઉપયોગી છે. પરંપરાગત એન્ટેનામાં ફ્રેક્ટલ ભૂમિતિનો ઉપયોગ તેમની વિદ્યુત લંબાઈ વધારી શકે છે, જેનાથી રેઝોનન્ટ સ્ટ્રક્ચરનું એકંદર કદ ઘટાડી શકાય છે. વધુમાં, ફ્રેક્ટલ આકારોની સ્વ-સમાન પ્રકૃતિ તેમને મલ્ટિ-બેન્ડ અથવા બ્રોડબેન્ડ રેઝોનન્ટ સ્ટ્રક્ચર્સને સાકાર કરવા માટે આદર્શ બનાવે છે. ફ્રેક્ટલ્સની અંતર્ગત લઘુચિત્રીકરણ ક્ષમતાઓ ખાસ કરીને વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે પરાવર્તક રે, તબક્કાવાર એરે એન્ટેના, મેટામેટરિયલ શોષક અને મેટાસર્ફેસ ડિઝાઇન કરવા માટે આકર્ષક છે. વાસ્તવમાં, ખૂબ જ નાના એરે તત્વોનો ઉપયોગ કરવાથી ઘણા ફાયદાઓ લાવી શકાય છે, જેમ કે મ્યુચ્યુઅલ કપ્લિંગ ઘટાડવું અથવા ખૂબ જ નાના તત્વ અંતર સાથે એરે સાથે કામ કરવામાં સક્ષમ થવું, આમ સારી સ્કેનિંગ કામગીરી અને કોણીય સ્થિરતાના ઉચ્ચ સ્તરની ખાતરી કરે છે.
ઉપર જણાવેલ કારણોસર, ફ્રેકટલ એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક્સના ક્ષેત્રમાં બે રસપ્રદ સંશોધન ક્ષેત્રોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે જેણે તાજેતરના વર્ષોમાં ઘણું ધ્યાન આકર્ષિત કર્યું છે. બંને વિભાવનાઓ વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન્સ, રડાર સિસ્ટમ્સ અને સેન્સિંગમાં એપ્લિકેશનની વિશાળ શ્રેણી સાથે ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને ચાલાકી અને નિયંત્રિત કરવાની અનન્ય રીતો પ્રદાન કરે છે. તેમના સ્વ-સમાન ગુણધર્મો ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રતિભાવ જાળવી રાખીને તેમને કદમાં નાના રહેવાની મંજૂરી આપે છે. આ કોમ્પેક્ટનેસ ખાસ કરીને મોબાઈલ ઉપકરણો, RFID ટૅગ્સ અને એરોસ્પેસ સિસ્ટમ્સ જેવી અવકાશ-સંબંધિત એપ્લિકેશન્સમાં ફાયદાકારક છે.
ફ્રેક્ટલ એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસનો ઉપયોગ વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન્સ, ઇમેજિંગ અને રડાર સિસ્ટમને નોંધપાત્ર રીતે સુધારવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, કારણ કે તેઓ ઉન્નત કાર્યક્ષમતા સાથે કોમ્પેક્ટ, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઉપકરણોને સક્ષમ કરે છે. વધુમાં, મટીરીયલ ડાયગ્નોસ્ટિક્સ માટે માઇક્રોવેવ સેન્સરની ડિઝાઇનમાં ફ્રેકટલ ભૂમિતિનો વધુને વધુ ઉપયોગ કરવામાં આવી રહ્યો છે, કારણ કે તેની બહુવિધ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં કામ કરવાની ક્ષમતા અને તેની લઘુચિત્ર કરવાની ક્ષમતા છે. આ ક્ષેત્રોમાં ચાલી રહેલા સંશોધનો તેમની સંપૂર્ણ ક્ષમતાને સાકાર કરવા માટે નવી ડિઝાઇન, સામગ્રી અને ફેબ્રિકેશન તકનીકોનું અન્વેષણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે.
આ પેપરનો ધ્યેય ફ્રેક્ટલ એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસના સંશોધન અને એપ્લિકેશનની પ્રગતિની સમીક્ષા કરવાનો છે અને હાલના ફ્રેક્ટલ-આધારિત એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસની તુલના કરવાનો છે, તેમના ફાયદા અને મર્યાદાઓને પ્રકાશિત કરે છે. છેલ્લે, નવીન પરાવર્તક અને મેટામેટરિયલ એકમોનું વ્યાપક વિશ્લેષણ રજૂ કરવામાં આવ્યું છે, અને આ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક સ્ટ્રક્ચર્સના પડકારો અને ભાવિ વિકાસની ચર્ચા કરવામાં આવી છે.