Iroyin - Atunwo ti Metamaterial Gbigbe Line Eriali

I. Ifaara
Metamaterials le jẹ apejuwe ti o dara julọ bi awọn ẹya apẹrẹ ti atọwọda lati ṣe agbejade awọn ohun-ini itanna kan ti ko si tẹlẹ nipa ti ara. Metamaterials pẹlu iyọọda odi ati ayeraye odi ni a pe ni awọn metamaterials ọwọ osi (LHMs). Awọn LHM ti ṣe iwadi lọpọlọpọ ni awọn agbegbe imọ-jinlẹ ati imọ-ẹrọ. Ni ọdun 2003, awọn LHM ni a darukọ ọkan ninu awọn aṣeyọri imọ-jinlẹ mẹwa mẹwa ti akoko imusin nipasẹ iwe irohin Imọ. Awọn ohun elo titun, awọn imọran, ati awọn ẹrọ ti ni idagbasoke nipasẹ lilo awọn ohun-ini alailẹgbẹ ti LHM. Ọna laini gbigbe (TL) jẹ ọna apẹrẹ ti o munadoko ti o tun le ṣe itupalẹ awọn ipilẹ ti awọn LHM. Ti a ṣe afiwe pẹlu awọn TL ti aṣa, ẹya pataki julọ ti awọn TLs metamaterial ni agbara iṣakoso ti awọn paramita TL (ibakan itankale) ati ailagbara abuda. Agbara iṣakoso ti awọn paramita TL metamaterial n pese awọn imọran tuntun fun ṣiṣe apẹrẹ awọn ẹya eriali pẹlu iwọn iwapọ diẹ sii, iṣẹ ṣiṣe giga, ati awọn iṣẹ aramada. Nọmba 1 (a), (b) ati (c) ṣe afihan awọn awoṣe iyika ti ko ni ipadanu ti laini gbigbe ọwọ ọtún mimọ (PRH), laini gbigbe ọwọ osi mimọ (PLH), ati akojọpọ laini gbigbe apa osi-ọtun ( CRLH), lẹsẹsẹ. Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 1 (a), awoṣe Circuit deede PRH TL jẹ igbagbogbo apapọ ti inductance jara ati agbara shunt. Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 1 (b), awoṣe Circuit PLH TL jẹ apapo ti inductance shunt ati agbara jara. Ni awọn ohun elo to wulo, ko ṣee ṣe lati ṣe adaṣe PLH kan. Eyi jẹ nitori inductance jara parasitic ti ko yago fun ati awọn ipa agbara shunt. Nitorinaa, awọn abuda ti laini gbigbe ti ọwọ osi ti o le rii daju ni lọwọlọwọ jẹ gbogbo akojọpọ apa osi ati awọn ẹya apa ọtun, bi a ṣe han ni Nọmba 1 (c).

olusin 1 O yatọ si gbigbe ila Circuit si dede

Itoju igbagbogbo (γ) ti laini gbigbe (TL) jẹ iṣiro bi: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), nibiti Y ati Z ṣe aṣoju gbigba ati ikọlu ni atele. Ṣiyesi CRLH-TL, Z ati Y le ṣe afihan bi:

CRLH TL aṣọ kan yoo ni ibatan pipinka atẹle wọnyi:

Ibakan alakoso β le jẹ nọmba gidi kan tabi nọmba arosọ kan. Ti β ba jẹ gidi patapata laarin iwọn igbohunsafẹfẹ, iwọle kan wa laarin iwọn igbohunsafẹfẹ nitori ipo γ=jβ. Ni ọwọ keji, ti β ba jẹ nọmba arosọ nikan laarin iwọn igbohunsafẹfẹ, iduro iduro wa laarin iwọn igbohunsafẹfẹ nitori ipo γ=α. Iduro idaduro jẹ alailẹgbẹ si CRLH-TL ati pe ko si ni PRH-TL tabi PLH-TL. Awọn eeya 2 (a), (b), ati (c) ṣe afihan awọn iyipo pipinka (ie, ibatan ω - β) ti PRH-TL, PLH-TL, ati CRLH-TL, lẹsẹsẹ. Da lori awọn iyipo pipinka, iyara ẹgbẹ (vg = ∂ω / ∂β) ati iyara ipele (vp=ω/β) ti laini gbigbe le ti wa ati ifoju. Fun PRH-TL, o tun le ni oye lati inu ọna ti vg ati vp jẹ afiwera (ie, vpvg>0). Fun PLH-TL, ohun tẹ fihan pe vg ati vp ko ni afiwe (ie, vpvg <0). Iwọn pipinka ti CRLH-TL tun fihan aye ti agbegbe LH (ie, vpvg <0) ati agbegbe RH (ie, vpvg> 0). Gẹgẹbi a ti le rii lati Nọmba 2 (c), fun CRLH-TL, ti γ ba jẹ nọmba gidi kan, ẹgbẹ iduro kan wa.

Ṣe nọmba 2 Awọn iyipo pipinka ti awọn laini gbigbe oriṣiriṣi

Nigbagbogbo, jara ati awọn isọdọtun ti o jọra ti CRLH-TL yatọ, eyiti a pe ni ipo aitunwọnsi. Sibẹsibẹ, nigbati awọn jara ati ni afiwe resonance nigbakugba ni o wa kanna, o ti wa ni a npe ni a iwontunwonsi ipinle, ati awọn Abajade yepere deede Circuit awoṣe ti han ni Figure 3 (a).

Ṣe nọmba 3 Awoṣe Circuit ati iyipo pipinka ti laini gbigbe ọwọ osi apapo

Bi igbohunsafẹfẹ ti n pọ si, awọn abuda pipinka ti CRLH-TL maa n pọ si. Eyi jẹ nitori iyara alakoso (ie, vp=ω/β) di pupọ si igbẹkẹle lori igbohunsafẹfẹ. Ni awọn igbohunsafẹfẹ kekere, CRLH-TL jẹ gaba lori nipasẹ LH, lakoko ti o wa ni awọn igbohunsafẹfẹ giga, CRLH-TL jẹ gaba lori nipasẹ RH. Eyi ṣe afihan ẹda meji ti CRLH-TL. Aworan itọka CRLH-TL iwọntunwọnsi jẹ afihan ni Nọmba 3(b). Gẹgẹbi a ṣe han ni Nọmba 3 (b), iyipada lati LH si RH waye ni:

Nibo ni ω0 jẹ igbohunsafẹfẹ iyipada. Nitoribẹẹ, ninu ọran iwọntunwọnsi, iyipada didan kan waye lati LH si RH nitori γ jẹ nọmba alaimọkan. Nitorinaa, ko si iduro iduro fun pipinka CRLH-TL iwọntunwọnsi. Botilẹjẹpe β jẹ odo ni ω0 (i ibatan ailopin si gigun igbi itọsọna, ie, λg=2π/|β|), igbi naa tun n tan kaakiri nitori vg ni ω0 kii ṣe odo. Bakanna, ni ω0, iyipada alakoso jẹ odo fun TL ti ipari d (ie, φ= - βd=0). Ilọsiwaju alakoso (ie, φ>0) waye ni iwọn igbohunsafẹfẹ LH (ie, ω<ω0), ati idaduro alakoso (ie, φ <0) waye ni iwọn igbohunsafẹfẹ RH (ie, ω>ω0). Fun CRLH TL kan, ikọlu iwa jẹ apejuwe bi atẹle:

Nibo ZL ati ZR jẹ awọn ikọlu PLH ati PRH, lẹsẹsẹ. Fun ọran ti ko ni iwọntunwọnsi, ikọlu ihuwasi da lori igbohunsafẹfẹ. Idogba ti o wa loke fihan pe ọran iwọntunwọnsi jẹ ominira ti igbohunsafẹfẹ, nitorinaa o le ni ibaramu bandiwidi jakejado. Idogba TL ti o jade ni oke jẹ iru si awọn paramita idawọle ti o ṣalaye ohun elo CRLH. Iduroṣinṣin ti TL jẹ γ=jβ=Sqrt(ZY). Fi fun isọdọtun igbagbogbo ti ohun elo (β=ω x Sqrt(εμ)), idogba atẹle le ṣee gba:

Bakanna, ikọlu abuda ti TL, ie, Z0=Sqrt(ZY), jọra si aiṣedeede abuda ohun elo naa, ie, η=Sqrt(μ/ε), eyiti o ṣafihan bi:

Atọka ifasilẹ ti iwọntunwọnsi ati aiṣedeede CRLH-TL (ie, n = cβ/ω) jẹ afihan ni Nọmba 4. Ni Nọmba 4, itọka itọka ti CRLH-TL ni ibiti LH rẹ jẹ odi ati itọka ifasilẹ ninu RH rẹ ibiti o jẹ rere.

Aworan 4 Awọn atọka itọsi aṣoju ti iwọntunwọnsi ati aipin CRLH TLs.

1. LC nẹtiwọki
Nipa sisọ awọn sẹẹli LC bandpass ti o han ni Nọmba 5 (a), CRLH-TL aṣoju kan pẹlu isokan gigun ti o munadoko d le ṣee kọ ni igbagbogbo tabi kii ṣe lorekore. Ni gbogbogbo, ni ibere lati rii daju awọn wewewe ti isiro ati ẹrọ ti CRLH-TL, awọn Circuit nilo lati wa ni igbakọọkan. Ti a ṣe afiwe pẹlu awoṣe ti Nọmba 1 (c), sẹẹli iyika ti Nọmba 5 (a) ko ni iwọn ati ipari ti ara jẹ kekere ailopin (ie, Δz ni awọn mita). Ṣiyesi gigun itanna rẹ θ=Δφ (rad), ipele ti sẹẹli LC le ṣe afihan. Bibẹẹkọ, lati le mọ inductance ti a lo ati agbara, gigun p nilo lati fi idi mulẹ. Yiyan imọ-ẹrọ ohun elo (gẹgẹbi microstrip, coplanar waveguide, awọn paati oke dada, ati bẹbẹ lọ) yoo ni ipa lori iwọn ti ara ti sẹẹli LC. Ẹsẹ LC ti Nọmba 5 (a) jẹ iru si awoṣe afikun ti Nọmba 1 (c), ati opin rẹ p=Δz→0. Ni ibamu si awọn uniformity majemu p→0 ni Figure 5 (b), a TL le ti wa ni ti won ko (nipa cascading LC ẹyin) ti o jẹ deede si ohun bojumu aṣọ CRLH-TL pẹlu ipari d, ki awọn TL han aṣọ to itanna igbi.

olusin 5 CRLH TL da lori LC nẹtiwọki.

Fun sẹẹli LC, ni imọran awọn ipo aala igbakọọkan (PBCs) ti o jọra si ilana ilana Bloch-Floquet, ibatan pipinka ti sẹẹli LC jẹ afihan ati ṣafihan bi atẹle:

Imudaniloju jara (Z) ati gbigba shunt (Y) ti sẹẹli LC jẹ ipinnu nipasẹ awọn idogba wọnyi:

Niwọn igba ti ipari itanna ti Circuit LC ti o kere pupọ, isunmọ Taylor le ṣee lo lati gba:

2. Ti ara imuse
Ni apakan ti tẹlẹ, nẹtiwọọki LC lati ṣe ipilẹṣẹ CRLH-TL ti jiroro. Iru awọn nẹtiwọọki LC le ṣee ṣe nikan nipasẹ gbigba awọn paati ti ara ti o le ṣe agbejade agbara ti a beere (CR ati CL) ati inductance (LR ati LL). Ni awọn ọdun aipẹ, ohun elo ti imọ-ẹrọ oke dada (SMT) awọn paati chirún tabi awọn paati pinpin ti fa iwulo nla. Microstrip, stripline, coplanar waveguide tabi awọn imọ-ẹrọ miiran ti o jọra le ṣee lo lati mọ awọn paati pinpin. Ọpọlọpọ awọn ifosiwewe lo wa lati ronu nigbati o yan awọn eerun SMT tabi awọn paati pinpin. Awọn ẹya CRLH ti o da lori SMT jẹ wọpọ ati rọrun lati ṣe ni awọn ofin ti itupalẹ ati apẹrẹ. Eyi jẹ nitori wiwa ti awọn paati chirún SMT-selifu, eyiti ko nilo atunṣe ati iṣelọpọ ni akawe si awọn paati pinpin. Sibẹsibẹ, wiwa ti awọn paati SMT ti tuka, ati pe wọn nigbagbogbo ṣiṣẹ ni awọn iwọn kekere (ie, 3-6GHz). Nitorinaa, awọn ẹya CRLH ti o da lori SMT ni awọn sakani igbohunsafẹfẹ iṣẹ lopin ati awọn abuda alakoso kan pato. Fun apẹẹrẹ, ni awọn ohun elo didan, awọn paati chirún SMT le ma ṣee ṣe. olusin 6 fihan ẹya pinpin ti o da lori CRLH-TL. Eto naa jẹ imuse nipasẹ agbara interdigital ati awọn laini kukuru-kukuru, ti o ṣẹda agbara jara CL ati inductance LL ti LH ni atele. Agbara laarin laini ati GND ni a ro pe o jẹ RH capacitance CR, ati inductance ti ipilẹṣẹ nipasẹ ṣiṣan oofa ti o ṣẹda nipasẹ ṣiṣan lọwọlọwọ ninu eto interdigital ni a ro pe o jẹ LR inductance RH.