I. Pambuka
Metamaterial bisa diterangake kanthi paling apik minangka struktur sing dirancang kanthi artifisial kanggo ngasilake sifat elektromagnetik tartamtu sing ora ana sacara alami. Metamaterial kanthi permitivitas negatif lan permeabilitas negatif diarani metamaterial kidal (LHM). LHM wis ditliti kanthi ekstensif ing komunitas ilmiah lan teknik. Ing taun 2003, LHM dijenengi minangka salah sawijining sepuluh terobosan ilmiah paling dhuwur ing jaman kontemporer dening majalah Science. Aplikasi, konsep, lan piranti anyar wis dikembangake kanthi nggunakake sifat unik LHM. Pendekatan jalur transmisi (TL) minangka metode desain sing efektif sing uga bisa nganalisis prinsip-prinsip LHM. Dibandhingake karo TL tradisional, fitur sing paling penting saka TL metamaterial yaiku kontrol parameter TL (konstanta propagasi) lan impedansi karakteristik. Kontrol parameter TL metamaterial menehi ide anyar kanggo ngrancang struktur antena kanthi ukuran sing luwih kompak, kinerja sing luwih dhuwur, lan fungsi anyar. Gambar 1 (a), (b), lan (c) nuduhake model sirkuit tanpa rugi saka saluran transmisi tangan tengen murni (PRH), saluran transmisi tangan kiwa murni (PLH), lan saluran transmisi tangan kiwa komposit (CRLH). Kaya sing dituduhake ing Gambar 1(a), model sirkuit ekivalen PRH TL biasane minangka kombinasi induktansi seri lan kapasitansi shunt. Kaya sing dituduhake ing Gambar 1(b), model sirkuit PLH TL minangka kombinasi induktansi shunt lan kapasitansi seri. Ing aplikasi praktis, ora layak kanggo ngetrapake sirkuit PLH. Iki amarga efek induktansi seri parasit lan kapasitansi shunt sing ora bisa dihindari. Mulane, karakteristik saluran transmisi tangan kiwa sing bisa direalisasikake saiki kabeh yaiku struktur tangan kiwa lan tangan tengen komposit, kaya sing dituduhake ing Gambar 1(c).
Gambar 1 Model sirkuit saluran transmisi sing beda-beda
Konstanta propagasi (γ) saka saluran transmisi (TL) diitung kaya ing ngisor iki: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), ing ngendi Y lan Z makili admitansi lan impedansi. Ngelingi CRLH-TL, Z lan Y bisa ditulis kaya ing ngisor iki:
CRLH TL sing seragam bakal nduweni hubungan dispersi ing ngisor iki:
Konstanta fase β bisa dadi angka nyata murni utawa angka imajiner murni. Yen β pancen nyata ing rentang frekuensi, ana passband ing rentang frekuensi amarga kondisi γ=jβ. Ing sisih liya, yen β minangka angka imajiner murni ing rentang frekuensi, ana stopband ing rentang frekuensi amarga kondisi γ=α. Stopband iki unik kanggo CRLH-TL lan ora ana ing PRH-TL utawa PLH-TL. Gambar 2 (a), (b), lan (c) nuduhake kurva dispersi (yaiku, hubungan ω - β) saka PRH-TL, PLH-TL, lan CRLH-TL. Adhedhasar kurva dispersi, kecepatan grup (vg=∂ω/∂β) lan kecepatan fase (vp=ω/β) saka saluran transmisi bisa diturunake lan diestimasikake. Kanggo PRH-TL, uga bisa disimpulake saka kurva yen vg lan vp sejajar (yaiku, vpvg>0). Kanggo PLH-TL, kurva kasebut nuduhake yen vg lan vp ora sejajar (yaiku, vpvg<0). Kurva dispersi CRLH-TL uga nuduhake anane wilayah LH (yaiku, vpvg < 0) lan wilayah RH (yaiku, vpvg > 0). Kaya sing bisa dideleng saka Gambar 2(c), kanggo CRLH-TL, yen γ minangka angka nyata murni, ana pita mandheg.
Gambar 2 Kurva dispersi saka macem-macem saluran transmisi
Lumrahé, resonansi seri lan paralel saka CRLH-TL iku béda, sing diarani kahanan ora imbang. Nanging, nalika frekuensi resonansi seri lan paralel padha, diarani kahanan imbang, lan model sirkuit ekivalen sing disederhanakaké dituduhake ing Gambar 3(a).
Gambar 3 Model sirkuit lan kurva dispersi saluran transmisi kiwa komposit
Nalika frekuensi mundhak, karakteristik dispersi CRLH-TL saya mundhak. Iki amarga kecepatan fase (yaiku, vp=ω/β) saya gumantung marang frekuensi. Ing frekuensi endhek, CRLH-TL didominasi dening LH, dene ing frekuensi dhuwur, CRLH-TL didominasi dening RH. Iki nggambarake sifat ganda CRLH-TL. Diagram dispersi keseimbangan CRLH-TL dituduhake ing Gambar 3(b). Kaya sing dituduhake ing Gambar 3(b), transisi saka LH menyang RH kedadeyan ing:
Ing ngendi ω0 minangka frekuensi transisi. Mulane, ing kasus sing seimbang, transisi sing alus kedadeyan saka LH menyang RH amarga γ minangka angka imajiner murni. Mulane, ora ana stopband kanggo dispersi CRLH-TL sing seimbang. Sanajan β iku nol ing ω0 (tanpa wates relatif marang dawa gelombang sing dipandu, yaiku, λg=2π/|β|), gelombang isih nyebar amarga vg ing ω0 ora nol. Kajaba iku, ing ω0, pergeseran fase iku nol kanggo TL kanthi dawa d (yaiku, φ= - βd=0). Kemajuan fase (yaiku, φ>0) kedadeyan ing rentang frekuensi LH (yaiku, ω<ω0), lan retardasi fase (yaiku, φ<0) kedadeyan ing rentang frekuensi RH (yaiku, ω>ω0). Kanggo CRLH TL, impedansi karakteristik diterangake kaya ing ngisor iki:
Ing ngendi ZL lan ZR minangka impedansi PLH lan PRH. Kanggo kasus sing ora seimbang, impedansi karakteristik gumantung saka frekuensi. Persamaan ing ndhuwur nuduhake yen kasus sing seimbang ora gumantung saka frekuensi, saengga bisa duwe kecocokan bandwidth sing amba. Persamaan TL sing dijupuk ing ndhuwur padha karo parameter konstitutif sing nemtokake materi CRLH. Konstanta propagasi TL yaiku γ=jβ=Sqrt(ZY). Amarga konstanta propagasi materi (β=ω x Sqrt(εμ)), persamaan ing ngisor iki bisa dipikolehi:
Semono uga, impedansi karakteristik TL, yaiku, Z0=Sqrt(ZY), padha karo impedansi karakteristik materi kasebut, yaiku, η=Sqrt(μ/ε), sing ditulis minangka:
Indeks bias CRLH-TL sing seimbang lan ora seimbang (yaiku, n = cβ/ω) dituduhake ing Gambar 4. Ing Gambar 4, indeks bias CRLH-TL ing kisaran LH negatif lan indeks bias ing kisaran RH positif.
Gambar 4 Indeks bias khas saka CRLH TL sing seimbang lan ora seimbang.
1. Jaringan LC
Kanthi ngurutake sel LC bandpass sing dituduhake ing Gambar 5(a), CRLH-TL khas kanthi keseragaman efektif dawa d bisa dibangun kanthi periodik utawa non-periodik. Umumé, kanggo njamin trep pitungan lan manufaktur CRLH-TL, sirkuit kudu periodik. Dibandhingake karo model Gambar 1(c), sel sirkuit Gambar 5(a) ora duwe ukuran lan dawa fisik cilik banget (yaiku, Δz ing meter). Ngelingi dawa listrik θ=Δφ (rad), fase sel LC bisa diekspresikan. Nanging, kanggo nyata-nyata nggayuh induktansi lan kapasitansi sing ditrapake, dawa fisik p kudu ditetepake. Pilihan teknologi aplikasi (kayata microstrip, waveguide coplanar, komponen pemasangan permukaan, lsp.) bakal mengaruhi ukuran fisik sel LC. Sel LC Gambar 5(a) padha karo model tambahan Gambar 1(c), lan watesane p=Δz→0. Miturut kondisi keseragaman p→0 ing Gambar 5(b), TL bisa digawe (kanthi ngurutake sel LC) sing padha karo CRLH-TL seragam ideal kanthi dawa d, saengga TL katon seragam kanggo gelombang elektromagnetik.
Gambar 5 CRLH TL adhedhasar jaringan LC.
Kanggo sel LC, kanthi nimbang kahanan wates periodik (PBC) sing padha karo teorema Bloch-Floquet, hubungan dispersi sel LC dibuktekake lan diungkapake kaya ing ngisor iki:
Impedansi seri (Z) lan admitansi shunt (Y) saka sel LC ditemtokake dening persamaan ing ngisor iki:
Amarga dawa listrik saka sirkuit LC unit cilik banget, pendekatan Taylor bisa digunakake kanggo entuk:
2. Implementasi Fisik
Ing bagean sadurunge, jaringan LC kanggo ngasilake CRLH-TL wis dirembug. Jaringan LC kaya ngono mung bisa direalisasikake kanthi nggunakake komponen fisik sing bisa ngasilake kapasitansi (CR lan CL) lan induktansi (LR lan LL) sing dibutuhake. Ing taun-taun pungkasan, aplikasi komponen chip teknologi pemasangan permukaan (SMT) utawa komponen sing disebarake wis narik kawigaten sing gedhe. Microstrip, stripline, coplanar waveguide utawa teknologi liyane sing padha bisa digunakake kanggo ngrealisasi komponen sing disebarake. Ana akeh faktor sing kudu ditimbang nalika milih chip SMT utawa komponen sing disebarake. Struktur CRLH berbasis SMT luwih umum lan luwih gampang diimplementasikake babagan analisis lan desain. Iki amarga kasedhiyan komponen chip SMT sing wis ana, sing ora mbutuhake remodeling lan manufaktur dibandhingake karo komponen sing disebarake. Nanging, kasedhiyan komponen SMT kasebar, lan biasane mung bisa digunakake ing frekuensi rendah (yaiku, 3-6GHz). Mulane, struktur CRLH berbasis SMT duwe rentang frekuensi operasi sing winates lan karakteristik fase tartamtu. Contone, ing aplikasi radiasi, komponen chip SMT bisa uga ora bisa ditindakake. Gambar 6 nuduhake struktur terdistribusi adhedhasar CRLH-TL. Struktur kasebut direalisasikake dening kapasitansi interdigital lan garis sirkuit cendhak, mbentuk kapasitansi seri CL lan induktansi paralel LL saka LH. Kapasitansi antarane garis lan GND dianggep minangka kapasitansi RH CR, lan induktansi sing diasilake dening fluks magnetik sing dibentuk dening aliran arus ing struktur interdigital dianggep minangka induktansi RH LR.
Gambar 6 Mikrostrip siji dimensi CRLH TL sing kasusun saka kapasitor interdigital lan induktor garis cendhak.
Kanggo mangerteni luwih lengkap babagan antena, bukak:
Wektu kiriman: 23 Agustus 2024
