2. Toepassing van MTM-TL in antennastelsels
Hierdie afdeling sal fokus op kunsmatige metamateriaal TL's en sommige van hul mees algemene en relevante toepassings vir die realisering van verskeie antennastrukture met lae koste, maklike vervaardiging, miniaturisering, wye bandwydte, hoë wins en doeltreffendheid, wye reeks skanderingsvermoë en lae profiel. Hulle word hieronder bespreek.
1. Breëband- en multifrekwensie-antennas
In 'n tipiese TL met 'n lengte van l, wanneer die hoekfrekwensie ω0 gegee word, kan die elektriese lengte (of fase) van die transmissielyn soos volg bereken word:
Waar vp die fasesnelheid van die transmissielyn voorstel. Soos uit bogenoemde gesien kan word, stem die bandwydte nou ooreen met die groepvertraging, wat die afgeleide is van φ met betrekking tot frekwensie. Daarom, soos die transmissielynlengte korter word, word die bandwydte ook wyer. Met ander woorde, daar is 'n omgekeerde verband tussen die bandwydte en die fundamentele fase van die transmissielyn, wat ontwerpspesifiek is. Dit wys dat die bedryfsbandwydte in tradisionele verspreide stroombane nie maklik is om te beheer nie. Dit kan toegeskryf word aan die beperkings van tradisionele transmissielyne in terme van grade van vryheid. Laaielemente laat egter toe dat bykomende parameters in metamateriaal-TL's gebruik word, en die faserespons kan tot 'n sekere mate beheer word. Om die bandwydte te verhoog, is dit nodig om 'n soortgelyke helling naby die bedryfsfrekwensie van die verspreidingseienskappe te hê. Kunsmatige metamateriaal TL kan hierdie doel bereik. Op grond van hierdie benadering word baie metodes vir die verbetering van die bandwydte van antennas in die artikel voorgestel. Geleerdes het twee breëbandantennas ontwerp en vervaardig wat met gesplete ringresonators gelaai is (sien Figuur 7). Die resultate wat in Figuur 7 getoon word, toon dat na die laai van die gesplete ringresonator met die konvensionele monopool antenna, 'n lae resonante frekwensie modus opgewek word. Die grootte van die gesplete ringresonator is geoptimaliseer om 'n resonansie naby dié van die monopool antenna te verkry. Die resultate toon dat wanneer die twee resonansies saamval, die bandwydte en stralingskenmerke van die antenna verhoog word. Die lengte en breedte van die monopool antenna is onderskeidelik 0.25λ0×0.11λ0 en 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz), en die lengte en breedte van die monopool antenna wat met 'n gesplete ringresonator gelaai is, is 0.29λ0×0.21λz (21λGHz) ), onderskeidelik. Vir die konvensionele F-vormige antenna en T-vormige antenna sonder 'n gesplete ringresonator, is die hoogste wins en bestralingsdoeltreffendheid gemeet in die 5GHz-band onderskeidelik 3.6dBi - 78.5% en 3.9dBi - 80.2%. Vir die antenna wat met 'n gesplete ringresonator gelaai is, is hierdie parameters onderskeidelik 4dBi - 81.2% en 4.4dBi - 83% in die 6GHz-band. Deur 'n gesplete ringresonator as 'n bypassende las op die monopool-antenna te implementeer, kan die 2.9GHz ~ 6.41GHz en 2.6GHz ~ 6.6GHz bande ondersteun word, wat ooreenstem met fraksionele bandwydtes van onderskeidelik 75.4% en ~87%. Hierdie resultate toon dat die metingsbandwydte met ongeveer 2.4 keer en 2.11 keer verbeter word in vergelyking met tradisionele monopool-antennas van ongeveer vaste grootte.
Figuur 7. Twee breëband antennas gelaai met split-ring resonators.
Soos getoon in Figuur 8, word die eksperimentele resultate van die kompakte gedrukte monopool antenna getoon. Wanneer S11≤- 10 dB, is die bedryfsbandwydte 185% (0.115-2.90 GHz), en by 1.45 GHz is die piekwins en bestralingsdoeltreffendheid onderskeidelik 2.35 dBi en 78.8%. Die uitleg van die antenna is soortgelyk aan 'n rug-aan-rug driehoekige velstruktuur, wat deur 'n kromlynige kragverdeler gevoer word. Die afgekapte GND bevat 'n sentrale stomp wat onder die toevoerder geplaas is, en vier oop resonante ringe word daaromheen versprei, wat die bandwydte van die antenna vergroot. Die antenna straal byna alomrigting en dek die meeste van die VHF- en S-bande, en al die UHF- en L-bande. Die fisiese grootte van die antenna is 48.32×43.72×0.8 mm3, en die elektriese grootte is 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0. Dit het die voordele van klein grootte en lae koste, en het potensiële toepassingsvooruitsigte in breëband draadlose kommunikasiestelsels.
Figuur 8: Monopool antenna gelaai met gesplete ring resonator.
Figuur 9 toon 'n planêre antennastruktuur wat bestaan uit twee pare onderling verbinde kronkeldraadlusse wat deur twee vias geaard is tot 'n afgeknotte T-vormige grondvlak. Die antennagrootte is 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0), waar λ0 die vrye ruimte-golflengte van 0.55 GHz is. Die antenna straal omni-rigting in die E-vlak in die bedryfsfrekwensieband van 0.55 ~ 3.85 GHz, met 'n maksimum wins van 5.5dBi by 2.35GHz en 'n doeltreffendheid van 90.1%. Hierdie kenmerke maak die voorgestelde antenna geskik vir verskeie toepassings, insluitend UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi en Bluetooth.
Fig. 9 Voorgestelde planêre antennastruktuur.
2. Lekkende golfantenna (LWA)
Die nuwe lekkende golfantenna is een van die belangrikste toepassings vir die verwesenliking van kunsmatige metamateriaal TL. Vir lekkende golfantennas is die effek van die fasekonstante β op die stralingshoek (θm) en die maksimum bundelwydte (Δθ) soos volg:
L is die antennalengte, k0 is die golfgetal in vrye ruimte, en λ0 is die golflengte in vrye ruimte. Let daarop dat bestraling slegs plaasvind wanneer |β|
3. Zero-orde resonator antenna
'n Unieke eienskap van CRLH-metamateriaal is dat β 0 kan wees wanneer die frekwensie nie gelyk is aan nul nie. Op grond van hierdie eienskap kan 'n nuwe nul-orde resonator (ZOR) gegenereer word. Wanneer β nul is, vind geen faseverskuiwing in die hele resonator plaas nie. Dit is omdat die faseverskuiwingkonstante φ = - βd = 0. Daarbenewens hang die resonansie slegs van die reaktiewe las af en is onafhanklik van die lengte van die struktuur. Figuur 10 toon dat die voorgestelde antenna vervaardig word deur twee en drie eenhede met E-vorm toe te pas, en die totale grootte is 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 en 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, onderskeidelik die λ0-de, waar die λ0e verteenwoordig vrye spasie by bedryfsfrekwensies van onderskeidelik 500 MHz en 650 MHz. Die antenna werk teen frekwensies van 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) en 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), met relatiewe bandwydtes van 91,9% en 96,0%. Benewens die kenmerke van klein grootte en wye bandwydte, is die wins en doeltreffendheid van die eerste en tweede antennas onderskeidelik 5.3dBi en 85% (1GHz) en 5.7dBi en 90% (1.4GHz).
Fig. 10 Voorgestelde dubbel-E en trippel-E antenna strukture.
4. Slot Antenna
'n Eenvoudige metode is voorgestel om die diafragma van die CRLH-MTM-antenna te vergroot, maar sy antennagrootte is byna onveranderd. Soos in Figuur 11 getoon, bevat die antenna CRLH-eenhede wat vertikaal op mekaar gestapel is, wat kolle en kronkellyne bevat, en daar is 'n S-vormige gleuf op die pleister. Die antenna word gevoer deur 'n CPW-bypassende stomp, en sy grootte is 17.5 mm × 32.15 mm × 1.6 mm, wat ooreenstem met 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0, waar λ0 (3.5GHz) die golflengte van vrye ruimte verteenwoordig. Die resultate toon dat die antenna in die frekwensieband van 0.85-7.90GHz werk, en sy bedryfsbandwydte is 161.14%. Die hoogste stralingswins en doeltreffendheid van die antenna verskyn by 3.5GHz, wat onderskeidelik 5.12dBi en ~80% is.
Fig. 11 Die voorgestelde CRLH MTM slot antenna.
Om meer te wete te kom oor antennas, besoek asseblief:
Pos tyd: Aug-30-2024
