Àwọn Ìròyìn - Àtúnyẹ̀wò Àwọn Antenna Ìgbékalẹ̀ Metamaterial

I. Ìfihàn
A le ṣapejuwe awọn ohun elo metamaterials daradara bi awọn ẹya ti a ṣe apẹrẹ atọwọda lati ṣe awọn ohun-ini itanna kan ti ko si ni adayeba. Awọn ohun elo metamaterials pẹlu iyọọda odi ati agbara odi ni a pe ni awọn metamaterials ọwọ osi (LHMs). A ti ṣe iwadi pupọ ni awọn agbegbe imọ-jinlẹ ati imọ-ẹrọ. Ni ọdun 2003, a pe awọn LHMs ni ọkan ninu awọn aṣeyọri imọ-jinlẹ mẹwa ti o ga julọ ni akoko ode oni nipasẹ iwe irohin Imọ-jinlẹ. Awọn ohun elo tuntun, awọn imọran, ati awọn ẹrọ ni a ti dagbasoke nipa lilo awọn ohun-ini alailẹgbẹ ti awọn LHMs. Ọna laini gbigbe (TL) jẹ ọna apẹrẹ ti o munadoko ti o tun le ṣe itupalẹ awọn ilana ti awọn LHMs. Ni akawe pẹlu awọn TL ibile, ẹya pataki julọ ti awọn TL metamaterial ni iṣakoso ti awọn paramita TL (iyipada itankale) ati impedance ti iwa. Iṣakoso ti awọn paramita TL metamaterial pese awọn imọran tuntun fun ṣiṣe apẹrẹ awọn ẹya eriali pẹlu iwọn kekere diẹ sii, iṣẹ ṣiṣe ti o ga julọ, ati awọn iṣẹ tuntun. Àwòrán 1 (a), (b), àti (c) fi àwọn àwòrán ìyípo tí kò ní àdánù ti ìlà ìyípo ọwọ́ ọ̀tún mímọ́ (PRH), ìlà ìyípo ọwọ́ òsì mímọ́ (PLH), àti ìlà ìyípo ọwọ́ òsì mímọ́ (CRLH) hàn, lẹ́sẹẹsẹ. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 1(a), àwòrán ìyípo tí ó jọra PRH TL sábà máa ń jẹ́ àpapọ̀ ìyípo ìyípo àti ìyípo ìyípo. Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 1(b), àwòrán ìyípo PLH TL jẹ́ àpapọ̀ ìyípo ìyípo àti ìyípo ìyípo. Nínú àwọn ohun èlò ìṣe, kò ṣeé ṣe láti ṣe ìyípo PLH. Èyí jẹ́ nítorí ìyọrísí ìyípo ìyípo parasitic àti ìyọrísí ìyípo ìyípo shunt tí a kò lè yẹ̀ sílẹ̀. Nítorí náà, àwọn ànímọ́ ti ìlà ìyípo ọwọ́ òsì tí a lè ṣe ní lọ́wọ́lọ́wọ́ jẹ́ gbogbo àwọn ètò ọwọ́ òsì àti ọwọ́ ọ̀tún tí a fihàn, gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 1(c).

Àwòrán 1 Àwọn àwòṣe ìyípo ìlà ìgbígbà tí ó yàtọ̀ síra

A ṣírò ìyípadà ìtẹ̀síwájú (γ) ti ìlà ìfiránṣẹ́ (TL) gẹ́gẹ́ bí: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), níbi tí Y àti Z dúró fún ìgbawọlé àti ìdènà lẹ́sẹẹsẹ. Ní gbígbé CRLH-TL yẹ̀ wò, a lè sọ Z àti Y gẹ́gẹ́ bí:

CRLH TL kan ti o jọra yoo ni ibatan itankale wọnyi:

Àkójọpọ̀ β lè jẹ́ nọ́mbà gidi lásán tàbí nọ́mbà ìrònú lásán. Tí β bá jẹ́ gidi pátápátá láàrín ìpele ìpele ìpele kan, ìpele ìpele kan wà láàrín ìpele ... Fún PLH-TL, ìlà náà fihàn pé vg àti vp kò jọra (ìyẹn ni, vpvg<0). Ìlà náà tún fihàn pé agbègbè LH wà (ìyẹn ni, vpvg <0) àti agbègbè RH (ìyẹn ni, vpvg > 0). Gẹ́gẹ́ bí a ṣe lè rí i láti inú Àwòrán 2(c), fún CRLH-TL, tí γ bá jẹ́ nọ́mbà gidi kan, ìlà ìdádúró kan wà.

Àwòrán 2 Àwọn ìlà ìtúká tí ó yàtọ̀ síra ti àwọn ìlà ìgbígbéjáde

Lọ́pọ̀ ìgbà, àwọn ìró ìtẹ̀léra àti ìró ìtẹ̀léra ti CRLH-TL yàtọ̀ síra, èyí tí a ń pè ní ipò àìdọ́gba. Ṣùgbọ́n, nígbà tí àwọn ìró ìtẹ̀léra àti ìró ìtẹ̀léra bá jọra, a ń pè é ní ipò ìdọ́gba, àti pé a fi àwòrán àyíká ìtẹ̀léra tí ó rọrùn tí ó yọrí sí hàn nínú Àwòrán 3(a).

Àwòrán 3 Àwòrán àyíká àti ìlà ìtúpalẹ̀ ti ìlà ìfiránṣẹ́ ọwọ́ òsì oníṣọ̀kan

Bí ìfọ́pọ̀ náà ṣe ń pọ̀ sí i, àwọn ànímọ́ ìfọ́pọ̀ ti CRLH-TL máa ń pọ̀ sí i díẹ̀díẹ̀. Èyí jẹ́ nítorí pé iyàrá ìpele (ìyẹn ni, vp=ω/β) ń di èyí tí ó gbára lé ìfọ́pọ̀. Ní àwọn ìfọ́pọ̀ kékeré, CRLH-TL ni ó ń ṣàkóso, nígbà tí ní àwọn ìfọ́pọ̀ gíga, CRLH-TL ni ó ń ṣàkóso. Èyí ṣe àfihàn ìrísí méjì ti CRLH-TL. Àwòrán ìfọ́pọ̀ CRLH-TL tí ó wà ní ìwọ̀ntúnwọ̀nsì ni a fihàn nínú Àwòrán 3(b). Gẹ́gẹ́ bí a ṣe fihàn nínú Àwòrán 3(b), ìyípadà láti LH sí RH máa ń ṣẹlẹ̀ ní:

Níbi tí ω0 jẹ́ ìyípadà ìyípadà. Nítorí náà, nínú ọ̀ràn ìwọ́ntúnwọ̀nsì, ìyípadà dídánmọ́rán kan máa ń wáyé láti LH sí RH nítorí γ jẹ́ nọ́mbà àròjinlẹ̀ lásán. Nítorí náà, kò sí ìdádúró fún ìtúká CRLH-TL tí ó wà ní ìwọ̀ntúnwọ̀nsì. Bó tilẹ̀ jẹ́ pé β jẹ́ òdo ní ω0 (aláìlópin ní ìbáṣepọ̀ pẹ̀lú ìgbì ìdarí, ìyẹn ni, λg=2π/|β|), ìgbì náà ṣì ń tàn kálẹ̀ nítorí pé vg ní ω0 kì í ṣe òdo. Bákan náà, ní ω0, ìyípadà ìpele jẹ́ òdo fún TL ti gígùn d (ìyẹn, φ= - βd=0). Ìlọsíwájú ìpele (ìyẹn, φ>0) máa ń wáyé ní ìwọ̀n ìyípadà LH (ìyẹn, ω<ω0), àti ìfàsẹ́yìn ìpele (ìyẹn, φ<0) máa ń wáyé ní ìwọ̀n ìyípadà RH (ìyẹn, ω>ω0). Fún TL CRLH kan, a ṣe àpèjúwe impedance ànímọ́ náà gẹ́gẹ́ bí èyí:

Níbi tí ZL àti ZR ti jẹ́ àwọn impedances PLH àti PRH, lẹ́sẹẹsẹ. Fún ọ̀ràn tí kò bá ìwọ̀n mu, impedance ànímọ́ náà sinmi lórí ìgbìyànjú. Ìgbìyànjú tí ó wà lókè yìí fihàn pé ọ̀ràn tí ó bá ìwọ̀n mu kò dá lórí ìgbìyànjú, nítorí náà ó lè ní ìbáramu bandwidth gbígbòòrò. Ìgbìyànjú TL tí a rí lókè yìí jọ àwọn pàrámítà oníṣọ̀kan tí ó ṣàlàyé ohun èlò CRLH. Ìgbìyànjú ìtẹ̀síwájú ti TL jẹ́ γ=jβ=Sqrt(ZY). Nítorí ìgbìyànjú ìtẹ̀síwájú ti ohun èlò náà (β=ω x Sqrt(εμ)), a lè rí ìgbìyànjú yìí:

Bákan náà, ìfàmọ́ra àmì-ẹ̀yẹ ti TL, ìyẹn ni, Z0=Sqrt(ZY), jọ ìfàmọ́ra àmì-ẹ̀yẹ ti ohun èlò náà, ìyẹn ni, η=Sqrt(μ/ε), èyí tí a fihàn gẹ́gẹ́ bí:

Àmì ìfàmọ́ra ti CRLH-TL tí ó wà ní ìwọ̀ntúnwọ̀nsì àti tí kò ní ìwọ̀ntúnwọ̀nsì (ìyẹn ni, n = cβ/ω) ni a fi hàn ní Àwòrán 4. Nínú Àwòrán 4, àmì ìfàmọ́ra ti CRLH-TL nínú ìwọ̀n LH rẹ̀ jẹ́ odi àti àmì ìfàmọ́ra nínú ìwọ̀n RH rẹ̀ jẹ́ rere.

Àwòrán 4 Àwọn ìtọ́kasí ìfàmọ́ra tí ó wọ́pọ̀ ti àwọn TL CRLH tí ó wọ́pọ̀ àti tí kò wọ́pọ̀.

1. Nẹ́tíwọ́ọ̀kì LC
Nípa ṣíṣe àkójọpọ̀ àwọn sẹ́ẹ̀lì LC bandpass tí a fihàn nínú Àwòrán 5(a), a lè kọ́ CRLH-TL tí ó jẹ́ ààyò pẹ̀lú ìṣọ̀kan gígùn d lẹ́ẹ̀kọ̀ọ̀kan tàbí láìsí àkókò. Ní gbogbogbòò, láti rí i dájú pé ìṣírò àti ṣíṣe CRLH-TL rọrùn, àyíká náà gbọ́dọ̀ jẹ́ lẹ́ẹ̀kọ̀ọ̀kan. Ní ìfiwéra pẹ̀lú àwòrán Àwòrán 1(c), sẹ́ẹ̀lì káríkèé ti Àwòrán 5(a) kò ní ìwọ̀n àti gígùn ara kéré gan-an (ìyẹn ni, Δz ní àwọn mítà). Ní ríronú nípa gígùn iná mànàmáná rẹ̀ θ=Δφ (rad), a lè fi ìpele sẹ́ẹ̀lì LC hàn. Ṣùgbọ́n, láti lè ṣe àṣeyọrí inductance àti capacitance tí a lò ní gidi, a nílò láti fi ìpele ara hàn p. Yíyan ìmọ̀ ẹ̀rọ ìlò (bíi microstrip, coplanar waveguide, surface mount components, àti bẹ́ẹ̀ bẹ́ẹ̀ lọ) yóò ní ipa lórí ìwọ̀n ara sẹ́ẹ̀lì LC. Sẹ́ẹ̀lì LC ti Àwòrán 5(a) jọ àwòrán ìfàsẹ́yìn ti Àwòrán 1(c), àti ààlà rẹ̀ p=Δz→0. Gẹ́gẹ́ bí ipò ìṣọ̀kan p→0 nínú Àwòrán 5(b), a lè kọ́ TL kan (nípa lílo àwọn sẹ́ẹ̀lì LC tí ó dọ́gba pẹ̀lú CRLH-TL tí ó dọ́gba pẹ̀lú gígùn d, kí TL náà lè dàbí èyí tí ó dọ́gba pẹ̀lú àwọn ìgbì oníná-ẹ̀rọ.

Àwòrán 5 CRLH TL da lórí nẹ́tíwọ́ọ̀kì LC.

Fún sẹ́ẹ̀lì LC, ní gbígbé àwọn ipò ààlà ìgbàlódé (PBCs) tí ó jọ ti Bloch-Floquet theorem yẹ̀ wò, a fi hàn pé ìbáṣepọ̀ ìtúpalẹ̀ sẹ́ẹ̀lì LC jẹ́ èyí tí a fihàn àti èyí tí a fihàn gẹ́gẹ́ bí èyí:

Àwọn ìfàsẹ́yìn wọ̀nyí ni a pinnu impedance series (Z) àti shunt admittance (Y) ti sẹ́ẹ̀lì LC:

Níwọ́n ìgbà tí gígùn iná mànàmáná ti ẹ̀rọ LC Circuit kéré gan-an, a lè lo ìfọwọ́sowọ́pọ̀ Taylor láti gba:

2. Ìmúṣe ti ara
Nínú apá tó ṣáájú, a ti jíròrò nẹ́ẹ̀tìwọ́ọ̀kì LC láti ṣe CRLH-TL. Irú àwọn nẹ́ẹ̀tìwọ́ọ̀kì LC bẹ́ẹ̀ ni a lè ṣe nípa lílo àwọn èròjà ara tí ó lè ṣe àgbékalẹ̀ agbára (CR àti CL) àti inductance (LR àti LL). Ní àwọn ọdún àìpẹ́ yìí, lílo àwọn èròjà ìpele ẹ̀rọ surface mount (SMT) tàbí àwọn èròjà tí a pín kiri ti fa ìfẹ́ ńlá. A lè lo Microstrip, stripline, coplanar waveguide tàbí àwọn ìmọ̀ ẹ̀rọ mìíràn tí ó jọra láti ṣe àgbékalẹ̀ àwọn èròjà tí a pín kiri. Ọ̀pọ̀lọpọ̀ nǹkan ló wà láti gbé yẹ̀ wò nígbà tí a bá ń yan àwọn èròjà SMT tàbí àwọn èròjà tí a pín kiri. Àwọn ètò CRLH tí ó dá lórí SMT wọ́pọ̀ jù àti pé ó rọrùn láti lò ní ti ìṣàyẹ̀wò àti ìṣètò. Èyí jẹ́ nítorí wíwà àwọn èròjà ìpele SMT tí kò ní ìtẹ̀síwájú, èyí tí kò nílò àtúnṣe àti ṣíṣe àgbékalẹ̀ ní ìfiwéra pẹ̀lú àwọn èròjà tí a pín kiri. Síbẹ̀síbẹ̀, wíwà àwọn èròjà SMT jẹ́ túká, wọ́n sì sábà máa ń ṣiṣẹ́ ní àwọn ìgbà díẹ̀ (ìyẹn, 3-6GHz). Nítorí náà, àwọn ètò CRLH tí ó dá lórí SMT ní àwọn àkókò ìṣiṣẹ́ tí ó lopin àti àwọn ànímọ́ ìpele pàtó. Fún àpẹẹrẹ, nínú àwọn ohun èlò ìtànṣán, àwọn èròjà ìpele SMT lè má ṣeé ṣe. Àwòrán 6 fi ìṣètò tí a pín síta hàn tí ó dá lórí CRLH-TL. A ṣe àgbékalẹ̀ náà nípasẹ̀ àwọn ìlà interdigital capacitance àti short-circuit, tí wọ́n ń ṣe capacitance series CL àti parallel inductance LL ti LH lẹ́sẹẹsẹ. A gbà pé capacitance láàrín ìlà àti GND ni RH capacitance CR, àti pé inductance tí ìṣàn oofa tí ìṣàn lọ́wọ́lọ́wọ́ nínú ìṣètò interdigital ṣe ni RH inductance LR.