Habarlar - Metamaterial geçiriji liniýa antennalaryna syn

I. Giriş
Metamateriallary, tebigy bolmadyk käbir elektromagnit häsiýetleri öndürmek üçin emeli usulda döredilen gurluşlar hökmünde iň gowy suratlandyryp bolar. Negativearamaz geçirijiligi we otrisatel geçirijiligi bolan materiallara çep elli metamateriallar (LHM) diýilýär. LHM-ler ylmy we in engineeringenerçilik jemgyýetlerinde giňden öwrenildi. 2003-nji ýylda LHM-ler “Science” magazineurnaly tarapyndan häzirki döwrüň iň gowy on ylmy açyşlarynyň hataryna goşuldy. LHM-leriň özboluşly aýratynlyklaryndan peýdalanmak arkaly täze amaly programmalar, düşünjeler we enjamlar işlenip düzüldi. Geçiriji liniýa (TL) çemeleşmesi, LHM-leriň ýörelgelerini hem analiz edip biljek täsirli dizaýn usulydyr. Adaty TL-ler bilen deňeşdirilende, metamaterial TL-leriň iň möhüm aýratynlygy TL parametrleriniň dolandyrylyşy (köpeliş hemişelik) we häsiýetli impedansdyr. Metamaterial TL parametrleriniň dolandyrylyşy, has ykjam ululygy, has ýokary öndürijiligi we täze funksiýalary bilen antenna gurluşlaryny dizaýn etmek üçin täze pikirler berýär. 1-nji (a), (b) we (c) suratlarda arassa sag eli geçiriji liniýanyň (PRH), arassa çep el geçiriji liniýanyň (PLH) we çepden sag eliň birleşdirilen liniýasynyň ýitgisiz zynjyr modelleri görkezilýär ( CRLH) degişlilikde. 1-nji (a) suratda görkezilişi ýaly, PRH TL ekwiwalent zynjyr modeli, adatça seriýa induksiýasynyň we awtoulagyň kuwwatynyň utgaşmasydyr. 1-nji (b) suratda görkezilişi ýaly, PLH TL zynjyr modeli, şunt induksiýasynyň we seriýa sygymlylygynyň utgaşmasydyr. Amaly amalyýetlerde PLH zynjyryny amala aşyrmak mümkin däl. Munuň öňüni alyp bolmajak parazit seriýaly induksion we awtoulagyň kuwwatlylygy täsirleri bilen baglanyşykly. Şonuň üçin häzirki wagtda amala aşyrylyp bilinjek çep el geçiriji liniýanyň aýratynlyklary, 1-nji (c) suratda görkezilişi ýaly, çep we sag eli birleşdirilen gurluşlardyr.

Surat 1 Dürli geçiriji liniýa modelleri

Geçiriji liniýanyň (TL) ýaýramagy hemişelik (γ) aşakdaky ýaly hasaplanýar: γ = α + jβ = Sqrt (ZY), bu ýerde Y we Z degişlilikde giriş we impedansy aňladýar. CRLH-TL, Z we Y göz öňünde tutulanda:

Bitewi CRLH TL aşakdaky dispersiýa gatnaşygy bolar:

Faza hemişelik β diňe hakyky san ýa-da diňe hyýaly san bolup biler. Β ýygylyk aralygynda bütinleý hakyky bolsa, γ = jβ ýagdaýy sebäpli ýygylyk diapazonynda geçiş zolagy bar. Başga bir tarapdan, β ýygylyk diapazonynyň içinde diňe hyýaly bir san bolsa, γ = α şerti sebäpli ýygylyk diapazonynda tok zolagy bar. Bu duralga CRLH-TL üçin mahsus we PRH-TL ýa-da PLH-TL-de ýok. 2 (a), (b) we (c) suratlarda degişlilikde PRH-TL, PLH-TL we CRLH-TL-iň dispersiýa egrileri (ýagny, ω - β gatnaşygy) görkezilýär. Dispersiýa egrilerine esaslanyp, geçiriş liniýasynyň topar tizligi (vg = ∂ω / ∂β) we faza tizligi (vp = ω / β) alynyp we bahalandyrylyp bilner. PRH-TL üçin, vg we vp parallel (ýagny, vpvg> 0) egrilikden hem göz öňünde tutulyp bilner. PLH-TL üçin egrilik, vg bilen vp-iň parallel däldigini görkezýär (ýagny, vpvg <0). CRLH-TL-iň dispersiýa egrisi LH sebitiniň (ýagny, vpvg <0) we RH sebitiniň (ýagny, vpvg> 0) bardygyny görkezýär. 2-nji (c) suratdan görnüşi ýaly, CRLH-TL üçin, γ arassa hakyky san bolsa, duralga bar.

2-nji surat Dürli geçiriji liniýalaryň dispersiýa egrileri

Adatça, CRLH-TL seriýasy we parallel rezonanslary deňagramsyz ýagdaý diýilýär. Şeýle-de bolsa, seriýa we parallel rezonans ýygylyklary birmeňzeş bolanda, oňa deňagramly ýagdaý diýilýär we netijede ýönekeýleşdirilen ekwiwalent zynjyr modeli 3-nji suratda görkezilýär.

3-nji surat Çep elli birleşdirilen liniýanyň zynjyr modeli we dispersiýa egrisi

Encyygylygyň artmagy bilen CRLH-TL-iň dispersiýa aýratynlyklary kem-kemden ýokarlanýar. Sebäbi fazanyň tizligi (ýagny, vp = ω / β) ýygylyga has köp bagly bolýar. Pes ýygylyklarda CRLH-TL LH, ýokary ýygylyklarda CRLH-TL RH agdyklyk edýär. Bu CRLH-TL-iň goşa tebigatyny suratlandyrýar. Deňagramlylyk CRLH-TL dispersiýa diagrammasy 3-nji (b) suratda görkezilýär. 3-nji (b) suratda görkezilişi ýaly LH-den RH-e geçiş:

0 geçiş ýygylygy. Şonuň üçin deňagramly ýagdaýda LH-den RH-a rahat geçiş bolýar, sebäbi γ diňe hyýaly san. Şonuň üçin deňagramly CRLH-TL dispersiýasy üçin duralga ýok. Β0 nola deň bolsa-da (ugrukdyrylan tolkun uzynlygyna görä çäksiz, ýagny λg = 2π / | β |), tolkun henizem ýaýraýar, sebäbi ω0-de vg nol däl. Edil şonuň ýaly, ω0-da, TL uzynlygy üçin faza çalşygy nol (ýagny, φ = - βd = 0). Fazanyň öňe gidişi (ýagny, φ> 0) LH ýygylyk diapazonynda (ýagny, ω <ω0) ýüze çykýar we fazanyň yza galmagy (ýagny, φ <0) RH ýygylyk diapazonynda (ýagny, ω> ω0) ýüze çykýar. CRLH TL üçin häsiýetli impedans şeýle düşündirilýär:

ZL we ZR degişlilikde PLH we PRH päsgelçilikleri. Deňagramsyz ýagdaý üçin häsiýetli päsgelçilik ýygylyga baglydyr. Aboveokardaky deňleme, deňagramly ýagdaýyň ýygylyga bagly däldigini görkezýär, şonuň üçin giň zolakly giňlige laýyk bolup biler. Aboveokarda alnan TL deňlemesi CRLH materialyny kesgitleýän esaslandyryjy parametrlere meňzeýär. TL-iň ýaýramagy hemişelik γ = jβ = Sqrt (ZY). Materialyň köpeliş üýtgewsizligini (β = ω x Sqrt (εμ)) göz öňünde tutup, aşakdaky deňlemäni alyp bolar:

Şonuň ýaly-da, TL-iň häsiýetli impedansy, ýagny Z0 = Sqrt (ZY), materialyň häsiýetli impedansyna meňzeýär, ýagny: η = Sqrt (μ / ε):

Deňagramly we deňagramsyz CRLH-TL (ýagny, n = cβ / ω) refraktiw görkezijisi 4-nji suratda görkezilýär. 4-nji suratda CRLH-TL-iň LH diapazonyndaky refraktiw görkezijisi otrisatel we RH-de refraktiw görkeziji aralygy oňyn.

4-nji surat, deňagramly we deňagramsyz CRLH TL-leriň adaty refraktiw görkezijileri.

1. LC ulgamy
5-nji (a) suratda görkezilen zolakly LC öýjüklerini kaskadlamak bilen, d uzynlygynyň täsirli birmeňzeşligi bolan adaty CRLH-TL wagtal-wagtal ýa-da döwürleýin däl gurlup bilner. Umuman, CRLH-TL hasaplamagyň we öndürmegiň amatlylygyny üpjün etmek üçin zynjyr döwürleýin bolmaly. 1-nji (c) şekiliň modeli bilen deňeşdirilende, 5-nji (a) şekiliň zynjyr öýjüginiň ululygy ýok we fiziki uzynlygy çäksiz kiçi (ýagny metrlerde Δz). Elektrik uzynlygyny θ = Δφ (rad) göz öňünde tutup, LC öýjüginiň fazasyny aňladyp bolýar. Şeýle-de bolsa, ulanylýan induksiony we sygymlylygy hakykatda durmuşa geçirmek üçin fiziki uzynlyk p kesgitlenmeli. Programma tehnologiýasyny saýlamak (mikrostrip, coplanar tolkun goragçysy, ýerüsti gurnama komponentleri we ş.m.) LC öýjüginiň fiziki ululygyna täsir eder. 5-nji (a) suratyň LC öýjügi 1-nji suratyň (c) artýan modeline we p = Δz → 0 görnüşine meňzeýär. 5-nji (b) suratda p → 0 birmeňzeşlik şertine görä, TL elektromagnit tolkunlaryna birmeňzeş görünmegi üçin, uzynlygy d bilen ideal birmeňzeş CRLH-TL ekwiwalentine (LC öýjüklerini kaskad bilen) gurup bolýar.

LC toruna esaslanýan 5-nji surat CRLH TL.

LC öýjügi üçin, Bloch-Floquet teoremasyna meňzeş döwürleýin serhet şertlerini (PBC) göz öňünde tutup, LC öýjüginiň dispersiýa gatnaşygy subut edilýär we aşakdaky ýaly beýan edilýär:

LC öýjüginiň seriýa impedansy (Z) we şunt girişi (Y) aşakdaky deňlemeler bilen kesgitlenýär:

LC zynjyrynyň elektrik uzynlygy gaty az bolansoň, almak üçin Teýloryň takmynan ulanylmagy mümkin:

2. Fiziki durmuşa geçirmek
Öňki bölümde CRLH-TL öndürmek üçin LC ulgamy ara alnyp maslahatlaşyldy. Şeýle LC torlary diňe zerur kuwwatlylygy (CR we CL) we induksiony (LR we LL) öndürip biljek fiziki komponentleri kabul etmek arkaly amala aşyrylyp bilner. Soňky ýyllarda ýerüsti gurnama tehnologiýasynyň (SMT) çip komponentleriniň ýa-da paýlanan bölekleriniň ulanylmagy uly gyzyklanma döretdi. Paýlanan bölekleri amala aşyrmak üçin mikrostrip, zolak, koplanar tolkun goragçysy ýa-da şuňa meňzeş tehnologiýalar ulanylyp bilner. SMT çiplerini ýa-da paýlanan komponentleri saýlanyňyzda göz öňünde tutmaly köp faktor bar. SMT esasly CRLH gurluşlary has giňden ýaýrandyr we derňew we dizaýn taýdan durmuşa geçirmek has aňsatdyr. Sebäbi paýlanan komponentler bilen deňeşdirilende täzeden enjamlaşdyrylmagyny we öndürilmegini talap etmeýän, SMT çip komponentleriniň barlygy sebäpli. Şeýle-de bolsa, SMT komponentleriniň elýeterliligi dargaýar we adatça diňe pes ýygylyklarda (ýagny 3-6 GGs) işleýär. Şonuň üçin SMT esasly CRLH gurluşlarynyň çäkli iş ýygylygy diapazonlary we aýratyn faza aýratynlyklary bar. Mysal üçin, radiasiýa goýmalarynda SMT çip komponentleri mümkin däl bolup biler. 6-njy suratda CRLH-TL esasly paýlanan gurluş görkezilýär. Gurluş, şäherara sygymlylyk we gysga utgaşdyryjy çyzyklar arkaly amala aşyrylýar, degişlilikde seriýa kuwwatlylygy CL we LH-iň parallel induksion LL-ni emele getirýär. Çyzyk bilen GND-iň arasyndaky sygymlylyk RH kuwwatlylygy CR diýlip hasaplanýar we şäherara gurluşdaky häzirki akymdan emele gelen magnit akymynyň emele getirýän induksiýasy RH induksion LR hasaplanýar.