I. Pambuka
Metamaterials bisa diterangake paling apik minangka struktur sing dirancang sacara artifisial kanggo ngasilake sifat elektromagnetik tartamtu sing ora ana kanthi alami. Metamaterial kanthi permitivitas negatif lan permeabilitas negatif diarani metamaterial kiwa (LHM). LHM wis disinaoni sacara ekstensif ing komunitas ilmiah lan teknik. Ing taun 2003, LHM dijenengi salah siji saka sepuluh terobosan ilmiah ing jaman kontemporer dening majalah Science. Aplikasi, konsep, lan piranti anyar wis dikembangake kanthi ngeksploitasi sifat unik LHM. Pendekatan saluran transmisi (TL) minangka cara 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 nyedhiyakake gagasan 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 lossless saka saluran transmisi tangan tengen murni (PRH), saluran transmisi kiwa (PLH) murni, lan saluran transmisi kiwa-tengen komposit ( CRLH), masing-masing. Minangka ditampilake ing Figure 1 (a), model sirkuit padha PRH TL biasane kombinasi saka induktansi seri lan kapasitansi shunt. Minangka ditampilake ing Figure 1 (b), model sirkuit PLH TL minangka kombinasi induktansi shunt lan kapasitansi seri. Ing aplikasi praktis, iku ora layak kanggo ngleksanakake sirkuit PLH. Iki amarga induktansi seri parasit sing ora bisa dihindari lan efek kapasitansi shunt. Mulane, karakteristik saluran transmisi kiwa sing bisa diwujudake saiki yaiku kabeh struktur gabungan kiwa lan tangan tengen, kaya sing ditampilake ing Gambar 1(c).
Gambar 1 Model sirkuit transmisi sing beda
Konstanta propagasi (γ) saka saluran transmisi (TL) diitung minangka: γ = α + jβ = Sqrt (ZY), ing ngendi Y lan Z makili admitansi lan impedansi. Ngelingi CRLH-TL, Z lan Y bisa ditulis minangka:
CRLH TL sing seragam bakal duwe hubungan dispersi ing ngisor iki:
Konstanta fase β bisa dadi angka nyata utawa angka khayalan murni. Yen β temen nyata ing sawetara frekuensi, ana passband ing rentang frekuensi amarga kondisi γ=jβ. Ing sisih liya, yen β minangka angka khayalan 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 klompok (vg=∂ω/∂β) lan kecepatan fase (vp=ω/β) saka saluran transmisi bisa diturunake lan dikira. Kanggo PRH-TL, uga bisa disimpulake saka kurva sing vg lan vp sejajar (yaiku, vpvg>0). Kanggo PLH-TL, kurva 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 nomer nyata murni, ana pita mandeg.
Gambar 2 Kurva dispersi saka saluran transmisi sing beda
Biasane, seri lan resonansi paralel saka CRLH-TL beda-beda, sing diarani negara ora seimbang. Nanging, nalika seri lan frekuensi resonansi podo padha, diarani negara imbang, lan model sirkuit padha simplified asil ditampilake ing Figure 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) dadi saya gumantung ing frekuensi. Ing frekuensi kurang, CRLH-TL didominasi dening LH, nalika ing frekuensi dhuwur, CRLH-TL didominasi dening RH. Iki nggambarake sifat dual CRLH-TL. Diagram dispersi keseimbangan CRLH-TL ditampilake ing Gambar 3(b). Kaya sing dituduhake ing Gambar 3(b), transisi saka LH menyang RH dumadi ing:
Where ω0 iku frekuensi transisi. Mulane, ing kasus sing seimbang, transisi sing lancar saka LH menyang RH amarga γ minangka angka khayalan. Mulane, ora ana stopband kanggo dispersi CRLH-TL sing seimbang. Sanajan β nol ing ω0 (relatif tanpa wates karo dawane gelombang sing dipandu, yaiku, λg=2π/|β|), gelombang kasebut isih nyebar amarga vg ing ω0 ora nol. Kajaba iku, ing ω0, owah-owahan fase nol kanggo TL dawa d (yaiku, φ= - βd=0). Fase maju (yaiku, φ>0) dumadi ing rentang frekuensi LH (yaiku, ω<ω0), lan retardasi fase (yaiku, φ<0) dumadi 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 imbang bebas saka frekuensi, saengga bisa duwe pertandhingan bandwidth sing amba. Persamaan TL sing ditemokake ing ndhuwur padha karo paramèter konstitutif sing nemtokake materi CRLH. Konstanta propagasi TL yaiku γ=jβ=Sqrt(ZY). Diwenehi konstanta propagasi saka materi (β=ω x Sqrt(εμ)), persamaan ing ngisor iki bisa dipikolehi:
Kajaba iku, impedansi karakteristik TL, yaiku, Z0=Sqrt(ZY), padha karo impedansi karakteristik materi, yaiku, η=Sqrt(μ/ε), sing ditulis minangka:
Indeks bias CRLH-TL sing seimbang lan ora seimbang (yaiku, n = cβ/ω) ditampilake ing Gambar 4. Ing Gambar 4, indeks bias CRLH-TL ing kisaran LH negatif lan indeks bias ing RH. range punika positif.
Fig. 4 Indeks bias khas saka CRLH TL sing seimbang lan ora seimbang.
1. Jaringan LC
Miturut cascading sel LC bandpass ditampilake ing Figure 5 (a), CRLH-TL khas karo uniformity efektif dawa d bisa dibangun periodik utawa non-periodik. Umumé, kanggo mesthekake kenyamanan pitungan lan manufaktur CRLH-TL, sirkuit kasebut kudu periodik. Dibandhingake karo model Figure 1(c), sel sirkuit Figure 5(a) ora ukuran lan dawa fisik tanpa wates cilik (ie, Δz ing meter). Ngelingi dawa listrik θ=Δφ (rad), fase sel LC bisa ditulis. Nanging, supaya bener éling induktansi Applied lan kapasitansi, dawa fisik p kudu ditetepake. Pilihan teknologi aplikasi (kayata microstrip, coplanar waveguide, lumahing gunung komponen, etc.) bakal mengaruhi ukuran fisik saka sel LC. Sèl LC saka Gambar 5(a) padha karo model inkremental ing Gambar 1(c), lan watese p=Δz→0. Miturut kondisi keseragaman p→0 ing Figure 5(b), TL bisa dibangun (kanthi sel LC cascading) sing padha karo CRLH-TL seragam becik karo dawa d, supaya TL katon seragam kanggo gelombang elektromagnetik.
Gambar 5 CRLH TL adhedhasar jaringan LC.
Kanggo sel LC, ngelingi kondisi wates periodik (PBCs) padha karo teorema Bloch-Floquet, hubungan dispersi sel LC dibuktekake lan ditulis kaya ing ngisor iki:
Impedansi seri (Z) lan shunt admittance (Y) saka sel LC ditemtokake dening persamaan ing ngisor iki:
Amarga dawa listrik saka sirkuit LC unit cilik banget, perkiraan Taylor bisa digunakake kanggo entuk:
2. Implementasi Fisik
Ing bagean sadurunge, jaringan LC kanggo ngasilake CRLH-TL wis dibahas. Jaringan LC kuwi mung bisa diwujudake kanthi nggunakake komponen fisik sing bisa ngasilake kapasitansi sing dibutuhake (CR lan CL) lan induktansi (LR lan LL). Ing taun anyar, aplikasi saka lumahing gunung teknologi (SMT) komponen chip utawa komponen mbagekke wis kepincut kapentingan gedhe. Microstrip, stripline, coplanar waveguide utawa teknologi sing padha bisa digunakake kanggo nyadari komponen sing disebarake. Ana akeh faktor sing kudu dipikirake nalika milih chip SMT utawa komponen sing disebarake. Struktur CRLH adhedhasar SMT luwih umum lan luwih gampang diimplementasikake babagan analisis lan desain. Iki amarga kasedhiyan komponen chip SMT mati-the-beting, kang ora mbutuhake remodeling lan Manufaktur dibandhingake komponen mbagekke. Nanging, kasedhiyan komponen SMT kasebar, lan padha biasane mung bisa ing frekuensi kurang (IE, 3-6GHz). Mulane, struktur CRLH basis SMT duwe sawetara frekuensi operasi winates lan karakteristik phase tartamtu. Contone, ing aplikasi radiating, komponen chip SMT bisa uga ora layak. Gambar 6 nuduhake struktur sing disebarake adhedhasar CRLH-TL. Struktur kasebut diwujudake kanthi kapasitansi interdigital lan garis sirkuit cendhak, mbentuk seri kapasitansi CL lan induktansi paralel LL saka LH. Kapasitas ing antarane garis lan GND dianggep minangka kapasitansi RH CR, lan induktansi sing diasilake dening fluks magnetik sing dibentuk dening aliran saiki ing struktur interdigital dianggep minangka induktansi RH LR.
Gambar 6 Microstrip siji-dimensi CRLH TL dumadi saka kapasitor interdigital lan induktor short-line.
Kanggo mangerteni sing luwih lengkap babagan antena, bukak:
Wektu kirim: Aug-23-2024
