એન્ટેના સમીક્ષા: ફ્રેક્ટલ મેટાસર્ફેસ અને એન્ટેના ડિઝાઇનની સમીક્ષા

ફ્રેક્ટલ્સનો ખ્યાલ 1970 ના દાયકામાં ગણિતશાસ્ત્રી બેનોઈટ બી. મેન્ડેલબ્રોટ દ્વારા રજૂ કરવામાં આવ્યો હતો, જોકે ફ્રેક્ટલ ભૂમિતિની ઉત્પત્તિ ઘણા ગણિતશાસ્ત્રીઓના અગાઉના કાર્યમાં શોધી શકાય છે, જેમ કે કેન્ટોર (1870), વોન કોચ (1904), સિઅરપિન્સકી (1915), જુલિયા (1918), ફેટૌ (1926) અને રિચાર્ડસન (1953).
બેનોઈટ બી. મેન્ડેલબ્રોટે વૃક્ષો, પર્વતો અને દરિયાકિનારા જેવા વધુ જટિલ માળખાઓનું અનુકરણ કરવા માટે નવા પ્રકારના ફ્રેક્ટલ્સ રજૂ કરીને ફ્રેક્ટલ્સ અને પ્રકૃતિ વચ્ચેના સંબંધનો અભ્યાસ કર્યો. તેમણે લેટિન વિશેષણ "ફ્રેક્ટસ" પરથી "ફ્રેક્ટલ" શબ્દ બનાવ્યો, જેનો અર્થ "તૂટેલા" અથવા "ફ્રેક્ચર્ડ" થાય છે, એટલે કે તૂટેલા અથવા અનિયમિત ટુકડાઓથી બનેલો, અનિયમિત અને ખંડિત ભૌમિતિક આકારોનું વર્ણન કરવા માટે જેને પરંપરાગત યુક્લિડિયન ભૂમિતિ દ્વારા વર્ગીકૃત કરી શકાતા નથી. વધુમાં, તેમણે ફ્રેક્ટલ્સ ઉત્પન્ન કરવા અને અભ્યાસ કરવા માટે ગાણિતિક મોડેલો અને અલ્ગોરિધમ્સ વિકસાવ્યા, જેના કારણે પ્રખ્યાત મેન્ડેલબ્રોટ સેટની રચના થઈ, જે કદાચ જટિલ અને અનંત પુનરાવર્તિત પેટર્ન સાથેનો સૌથી પ્રખ્યાત અને દૃષ્ટિની રીતે આકર્ષક ફ્રેક્ટલ આકાર છે (આકૃતિ 1d જુઓ).
મેન્ડેલબ્રોટના કાર્યનો માત્ર ગણિત પર જ પ્રભાવ પડ્યો નથી, પરંતુ ભૌતિકશાસ્ત્ર, કમ્પ્યુટર ગ્રાફિક્સ, જીવવિજ્ઞાન, અર્થશાસ્ત્ર અને કલા જેવા વિવિધ ક્ષેત્રોમાં પણ તેનો ઉપયોગ થયો છે. હકીકતમાં, જટિલ અને સ્વ-સમાન માળખાંનું મોડેલ અને પ્રતિનિધિત્વ કરવાની તેમની ક્ષમતાને કારણે, ફ્રેક્ટલ્સના વિવિધ ક્ષેત્રોમાં અસંખ્ય નવીન ઉપયોગો છે. ઉદાહરણ તરીકે, નીચેના એપ્લિકેશન ક્ષેત્રોમાં તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થયો છે, જે તેમના વ્યાપક ઉપયોગના થોડા ઉદાહરણો છે:
1. કમ્પ્યુટર ગ્રાફિક્સ અને એનિમેશન, વાસ્તવિક અને દૃષ્ટિની રીતે આકર્ષક કુદરતી લેન્ડસ્કેપ્સ, વૃક્ષો, વાદળો અને ટેક્સચર ઉત્પન્ન કરે છે;
2. ડિજિટલ ફાઇલોનું કદ ઘટાડવા માટે ડેટા કમ્પ્રેશન ટેકનોલોજી;
૩. છબી અને સિગ્નલ પ્રોસેસિંગ, છબીઓમાંથી સુવિધાઓ કાઢવા, પેટર્ન શોધવા અને અસરકારક છબી સંકોચન અને પુનર્નિર્માણ પદ્ધતિઓ પ્રદાન કરવી;
૪. જીવવિજ્ઞાન, મગજમાં છોડના વિકાસ અને ચેતાકોષોના સંગઠનનું વર્ણન કરે છે;
૫. એન્ટેના થિયરી અને મેટામટીરિયલ્સ, કોમ્પેક્ટ/મલ્ટિ-બેન્ડ એન્ટેના અને નવીન મેટાસર્ફેસ ડિઝાઇન કરવા.
હાલમાં, ફ્રેક્ટલ ભૂમિતિ વિવિધ વૈજ્ઞાનિક, કલાત્મક અને તકનીકી શાખાઓમાં નવા અને નવીન ઉપયોગો શોધી રહી છે.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક (EM) ટેકનોલોજીમાં, એન્ટેનાથી લઈને મેટામટીરિયલ્સ અને ફ્રીક્વન્સી સિલેક્ટિવ સપાટીઓ (FSS) સુધીના લઘુચિત્રીકરણની જરૂર હોય તેવા કાર્યક્રમો માટે ફ્રેક્ટલ આકારો ખૂબ જ ઉપયોગી છે. પરંપરાગત એન્ટેનામાં ફ્રેક્ટલ ભૂમિતિનો ઉપયોગ તેમની વિદ્યુત લંબાઈ વધારી શકે છે, જેનાથી રેઝોનન્ટ રચનાનું એકંદર કદ ઘટી શકે છે. વધુમાં, ફ્રેક્ટલ આકારોની સ્વ-સમાન પ્રકૃતિ તેમને મલ્ટિ-બેન્ડ અથવા બ્રોડબેન્ડ રેઝોનન્ટ રચનાઓને સાકાર કરવા માટે આદર્શ બનાવે છે. ફ્રેક્ટલ્સની અંતર્ગત લઘુચિત્રીકરણ ક્ષમતાઓ વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે રિફ્લેક્ટેરે, ફેઝ્ડ એરે એન્ટેના, મેટામટીરિયલ શોષક અને મેટાસર્ફેસ ડિઝાઇન કરવા માટે ખાસ કરીને આકર્ષક છે. હકીકતમાં, ખૂબ નાના એરે તત્વોનો ઉપયોગ ઘણા ફાયદા લાવી શકે છે, જેમ કે પરસ્પર જોડાણ ઘટાડવું અથવા ખૂબ નાના તત્વ અંતર સાથે એરે સાથે કામ કરવા સક્ષમ બનવું, આમ સારી સ્કેનિંગ કામગીરી અને કોણીય સ્થિરતાના ઉચ્ચ સ્તરની ખાતરી કરવી.
ઉપરોક્ત કારણોસર, ફ્રેક્ટલ એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક્સના ક્ષેત્રમાં બે રસપ્રદ સંશોધન ક્ષેત્રોનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે જેણે તાજેતરના વર્ષોમાં ઘણું ધ્યાન ખેંચ્યું છે. બંને ખ્યાલો વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન્સ, રડાર સિસ્ટમ્સ અને સેન્સિંગમાં વિશાળ શ્રેણીના એપ્લિકેશનો સાથે, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોને નિયંત્રિત કરવા અને નિયંત્રિત કરવાની અનન્ય રીતો પ્રદાન કરે છે. તેમના સ્વ-સમાન ગુણધર્મો તેમને ઉત્તમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક પ્રતિભાવ જાળવી રાખીને કદમાં નાના રહેવાની મંજૂરી આપે છે. આ કોમ્પેક્ટનેસ ખાસ કરીને મોબાઇલ ઉપકરણો, RFID ટૅગ્સ અને એરોસ્પેસ સિસ્ટમ્સ જેવા અવકાશ-અવરોધિત એપ્લિકેશનોમાં ફાયદાકારક છે.
ફ્રેક્ટલ એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસનો ઉપયોગ વાયરલેસ કોમ્યુનિકેશન્સ, ઇમેજિંગ અને રડાર સિસ્ટમ્સમાં નોંધપાત્ર સુધારો કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે, કારણ કે તે ઉન્નત કાર્યક્ષમતા સાથે કોમ્પેક્ટ, ઉચ્ચ-પ્રદર્શન ઉપકરણોને સક્ષમ કરે છે. વધુમાં, બહુવિધ ફ્રીક્વન્સી બેન્ડમાં કાર્ય કરવાની ક્ષમતા અને લઘુચિત્ર થવાની ક્ષમતાને કારણે, મટીરીયલ ડાયગ્નોસ્ટિક્સ માટે માઇક્રોવેવ સેન્સરની ડિઝાઇનમાં ફ્રેક્ટલ ભૂમિતિનો ઉપયોગ વધુને વધુ થઈ રહ્યો છે. આ ક્ષેત્રોમાં ચાલુ સંશોધન તેમની સંપૂર્ણ ક્ષમતાને સાકાર કરવા માટે નવી ડિઝાઇન, સામગ્રી અને ફેબ્રિકેશન તકનીકોનું અન્વેષણ કરવાનું ચાલુ રાખે છે.
આ પેપરનો ઉદ્દેશ્ય ફ્રેક્ટલ એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસના સંશોધન અને એપ્લિકેશન પ્રગતિની સમીક્ષા કરવાનો છે અને હાલના ફ્રેક્ટલ-આધારિત એન્ટેના અને મેટાસર્ફેસની તુલના કરવાનો છે, જે તેમના ફાયદા અને મર્યાદાઓને પ્રકાશિત કરે છે. અંતે, નવીન રિફ્લેક્ટર અને મેટામેટિરિયલ એકમોનું વ્યાપક વિશ્લેષણ રજૂ કરવામાં આવ્યું છે, અને આ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક માળખાના પડકારો અને ભાવિ વિકાસની ચર્ચા કરવામાં આવી છે.