2. Anten Sistemlerinde MTM-TL Uygulaması
Bu bölümde, yapay metamalzeme iletim hatlarına (TL'ler) ve bunların düşük maliyet, kolay üretim, minyatürleştirme, geniş bant genişliği, yüksek kazanç ve verimlilik, geniş tarama aralığı yeteneği ve düşük profil gibi özelliklere sahip çeşitli anten yapılarını gerçekleştirmek için en yaygın ve ilgili uygulamalarından bazılarına odaklanılacaktır. Bunlar aşağıda ele alınmıştır.
1. Geniş bant ve çok frekanslı antenler
Tipik bir l uzunluğundaki iletim hattında, açısal frekans ω0 verildiğinde, iletim hattının elektriksel uzunluğu (veya fazı) aşağıdaki gibi hesaplanabilir:
Burada vp, iletim hattının faz hızını temsil eder. Yukarıdan da görülebileceği gibi, bant genişliği, frekansa göre φ'nin türevi olan grup gecikmesine yakından karşılık gelir. Bu nedenle, iletim hattı uzunluğu kısaldıkça bant genişliği de genişler. Başka bir deyişle, bant genişliği ile iletim hattının temel fazı arasında ters bir ilişki vardır ve bu, tasarıma özgüdür. Bu, geleneksel dağıtılmış devrelerde çalışma bant genişliğinin kontrol edilmesinin kolay olmadığını göstermektedir. Bu, geleneksel iletim hatlarının serbestlik dereceleri açısından sınırlamalarına bağlanabilir. Bununla birlikte, yükleme elemanları, metamalzeme iletim hatlarında ek parametrelerin kullanılmasına olanak tanır ve faz tepkisi belirli bir ölçüde kontrol edilebilir. Bant genişliğini artırmak için, dağılım karakteristiklerinin çalışma frekansına yakın benzer bir eğime sahip olması gerekir. Yapay metamalzeme iletim hattı bu amaca ulaşabilir. Bu yaklaşıma dayanarak, makalede antenlerin bant genişliğini artırmak için birçok yöntem önerilmiştir. Araştırmacılar, bölünmüş halka rezonatörlerle yüklenmiş iki geniş bantlı anten tasarlamış ve üretmişlerdir (Şekil 7'ye bakınız). Şekil 7'de gösterilen sonuçlar, bölünmüş halka rezonatörün geleneksel monopol antenle yüklenmesinden sonra düşük rezonans frekanslı bir modun uyarıldığını göstermektedir. Bölünmüş halka rezonatörün boyutu, monopol antenin rezonansına yakın bir rezonans elde etmek için optimize edilmiştir. Sonuçlar, iki rezonans çakıştığında antenin bant genişliğinin ve radyasyon özelliklerinin arttığını göstermektedir. Monopol antenin uzunluğu ve genişliği sırasıyla 0,25λ0×0,11λ0 ve 0,25λ0×0,21λ0 (4GHz) iken, bölünmüş halka rezonatörle yüklenmiş monopol antenin uzunluğu ve genişliği sırasıyla 0,29λ0×0,21λ0 (2,9GHz)'dir. Bölünmüş halka rezonatörü olmayan geleneksel F-şekilli anten ve T-şekilli anten için, 5 GHz bandında ölçülen en yüksek kazanç ve radyasyon verimliliği sırasıyla 3,6 dBi (%78,5) ve 3,9 dBi (%80,2)'dir. Bölünmüş halka rezonatörü ile yüklenmiş anten için bu parametreler 6 GHz bandında sırasıyla 4 dBi (%81,2) ve 4,4 dBi (%83)'tür. Monopol antene eşleşen bir yük olarak bölünmüş halka rezonatörü uygulanarak, sırasıyla %75,4 ve ~%87'lik kesirli bant genişliklerine karşılık gelen 2,9 GHz ~ 6,41 GHz ve 2,6 GHz ~ 6,6 GHz bantları desteklenebilir. Bu sonuçlar, ölçüm bant genişliğinin yaklaşık sabit boyuttaki geleneksel monopol antenlere kıyasla yaklaşık 2,4 kat ve 2,11 kat iyileştirildiğini göstermektedir.
Şekil 7. Bölünmüş halka rezonatörlerle donatılmış iki geniş bant anteni.
Şekil 8'de gösterildiği gibi, kompakt baskılı monopol antenin deneysel sonuçları gösterilmektedir. S11≤-10 dB olduğunda, çalışma bant genişliği %185'tir (0,115-2,90 GHz) ve 1,45 GHz'de tepe kazancı ve radyasyon verimliliği sırasıyla 2,35 dBi ve %78,8'dir. Antenin düzeni, eğrisel bir güç bölücü ile beslenen, arka arkaya üçgen levha yapısına benzer. Kesik GND, besleyicinin altına yerleştirilmiş merkezi bir çıkıntı içerir ve etrafına dağıtılmış dört açık rezonans halkası, antenin bant genişliğini genişletir. Anten neredeyse çok yönlü olarak radyasyon yayar ve VHF ve S bantlarının çoğunu, UHF ve L bantlarının tamamını kapsar. Antenin fiziksel boyutları 48,32×43,72×0,8 mm³, elektriksel boyutları ise 0,235λ₀×0,211λ₀×0,003λ₀'dır. Küçük boyut ve düşük maliyet avantajlarına sahip olup, geniş bantlı kablosuz iletişim sistemlerinde potansiyel uygulama olanakları sunmaktadır.
Şekil 8: Bölünmüş halka rezonatör ile yüklenmiş monopol anten.
Şekil 9, iki via aracılığıyla kesik T şeklinde bir topraklama düzlemine topraklanmış, birbirine bağlı iki çift kıvrımlı tel halkasından oluşan düzlemsel bir anten yapısını göstermektedir. Anten boyutu 38,5×36,6 mm²'dir (0,070λ₀×0,067λ₀), burada λ₀, 0,55 GHz'lik serbest uzay dalga boyudur. Anten, 0,55 ~ 3,85 GHz çalışma frekans bandında E düzleminde çok yönlü olarak radyasyon yayar ve 2,35 GHz'de maksimum 5,5 dBi kazanç ve %90,1 verimlilik sağlar. Bu özellikler, önerilen anteni UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi ve Bluetooth dahil olmak üzere çeşitli uygulamalar için uygun hale getirir.
Şekil 9. Önerilen düzlemsel anten yapısı.
2. Sızıntılı Dalga Anteni (LWA)
Yeni sızıntılı dalga anteni, yapay metamalzeme TL'nin gerçekleştirilmesi için başlıca uygulamalardan biridir. Sızıntılı dalga antenleri için, faz sabiti β'nın radyasyon açısı (θm) ve maksimum ışın genişliği (Δθ) üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir:
L anten uzunluğu, k0 serbest uzaydaki dalga sayısı ve λ0 serbest uzaydaki dalga boyudur. Radyasyonun yalnızca |β| olduğunda meydana geldiğini unutmayın.
3. Sıfırıncı dereceden rezonatör anteni
CRLH metamalzemesinin benzersiz bir özelliği, frekans sıfıra eşit olmadığında β'nın 0 olabilmesidir. Bu özelliğe dayanarak, yeni bir sıfırıncı dereceden rezonatör (ZOR) oluşturulabilir. β sıfır olduğunda, tüm rezonatörde faz kayması meydana gelmez. Bunun nedeni, faz kayması sabiti φ = - βd = 0 olmasıdır. Ayrıca, rezonans yalnızca reaktif yüke bağlıdır ve yapının uzunluğundan bağımsızdır. Şekil 10, önerilen antenin E şeklinde iki ve üç ünite uygulanarak üretildiğini ve toplam boyutlarının sırasıyla 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 ve 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0 olduğunu göstermektedir; burada λ0, sırasıyla 500 MHz ve 650 MHz çalışma frekanslarında serbest uzayın dalga boyunu temsil etmektedir. Anten, 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) ve 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz) frekanslarında, sırasıyla %91,9 ve %96,0'lık bağıl bant genişlikleriyle çalışmaktadır. Küçük boyut ve geniş bant genişliği özelliklerine ek olarak, birinci ve ikinci antenlerin kazanç ve verimlilikleri sırasıyla 5,3 dBi ve %85 (1 GHz) ve 5,7 dBi ve %90 (1,4 GHz)'dır.
Şekil 10. Önerilen çift E ve üçlü E anten yapıları.
4. Yuva Anteni
CRLH-MTM anteninin açıklığını büyütmek için basit bir yöntem önerilmiştir, ancak anten boyutu neredeyse değişmemiştir. Şekil 11'de gösterildiği gibi, anten, yamalar ve kıvrımlı hatlar içeren, dikey olarak üst üste istiflenmiş CRLH ünitelerinden oluşur ve yama üzerinde S şeklinde bir yuva bulunur. Anten, bir CPW eşleştirme ucu ile beslenir ve boyutu 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm'dir; bu da 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0'a karşılık gelir; burada λ0 (3,5 GHz) serbest uzayın dalga boyunu temsil eder. Sonuçlar, antenin 0,85-7,90 GHz frekans bandında çalıştığını ve çalışma bant genişliğinin %161,14 olduğunu göstermektedir. Antenin en yüksek radyasyon kazancı ve verimliliği 3,5 GHz'de sırasıyla 5,12 dBi ve ~%80 olarak görülmektedir.
Şekil 11. Önerilen CRLH MTM yarık anteni.
Antenler hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen şu adresi ziyaret edin:
Yayın tarihi: 30 Ağustos 2024
