2. Anten Sistemlerinde MTM-TL Uygulaması
Bu bölüm, düşük maliyetli, kolay üretimli, minyatürleştirmeli, geniş bant genişliği, yüksek kazanç ve verimlilik, geniş aralıklı tarama yeteneği ve düşük profilli çeşitli anten yapılarını gerçekleştirmek için yapay metamalzeme TL'lerine ve bunların en yaygın ve ilgili uygulamalarından bazılarına odaklanacaktır. Aşağıda tartışılmaktadır.
1. Geniş bant ve çoklu frekans antenleri
Uzunluğu l olan tipik bir TL'de, açısal frekans ω0 verildiğinde, iletim hattının elektriksel uzunluğu (veya fazı) aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:
Burada vp iletim hattının faz hızını temsil eder. Yukarıda 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 tasarıma özel ters bir ilişki vardır. Bu, geleneksel dağıtılmış devrelerde çalışma bant genişliğini kontrol etmenin kolay olmadığını göstermektedir. Bu, geleneksel iletim hatlarının serbestlik derecesi açısından sınırlamalarına bağlanabilir. Ancak yükleme elemanları metamalzeme TL'lerinde ek parametrelerin kullanılmasına olanak tanır ve faz tepkisi bir dereceye kadar kontrol edilebilir. Bant genişliğini arttırmak için dispersiyon karakteristiklerinin çalışma frekansına yakın bir eğime sahip olması gerekmektedir. Yapay metamalzeme TL bu hedefe ulaşabilir. Bu yaklaşıma dayanarak, makalede antenlerin bant genişliğini arttırmaya yönelik birçok yöntem önerilmektedir. Bilim adamları, ayrık halka rezonatörleriyle yüklü iki geniş bantlı anten tasarladı ve üretti (bkz. Şekil 7). Şekil 7'de gösterilen sonuçlar, ayrık halkalı rezonatörün geleneksel tek kutuplu antenle yüklenmesinden sonra düşük bir rezonans frekans modunun uyarıldığını göstermektedir. Bölünmüş halka rezonatörünün boyutu, tek kutuplu anteninkine yakın bir rezonans elde etmek için optimize edilmiştir. Sonuçlar, iki rezonans çakıştığında antenin bant genişliği ve radyasyon özelliklerinin arttığını göstermektedir. Tek kutuplu antenin uzunluğu ve genişliği sırasıyla 0,25λ0×0,11λ0 ve 0,25λ0×0,21λ0 (4GHz) olup, bölünmüş halka rezonatörle yüklenen tek kutuplu antenin uzunluğu ve genişliği 0,29λ0×0,21λ0 (2,9GHz)’dir. ), sırasıyla. Geleneksel F-şekilli anten ve bölünmüş halka rezonatörü olmayan T-şekilli anten için, 5GHz bandında ölçülen en yüksek kazanç ve radyasyon verimliliği sırasıyla 3,6dBi - %78,5 ve 3,9dBi - %80,2'dir. Bölünmüş halka rezonatör yüklü anten için bu parametreler 6GHz bandında sırasıyla 4dBi - %81,2 ve 4,4dBi - %83'tür. Tek kutuplu anten üzerinde eşleşen bir yük olarak bölünmüş halka rezonatörünün uygulanmasıyla, 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 olarak sabit boyutlu geleneksel tek kutuplu antenlere kıyasla yaklaşık 2,4 kat ve 2,11 kat arttığını göstermektedir.
Şekil 7. Ayrık halkalı rezonatörlerle yüklü iki geniş bant anten.
Şekil 8'de gösterildiği gibi kompakt baskılı tek kutuplu 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 tarafından beslenen, sırt sırta üçgen levha yapısına benzer. Kesilmiş GND, besleyicinin altına yerleştirilmiş merkezi bir saplama içerir ve etrafına dört açık rezonans halkası dağıtılır, bu da antenin bant genişliğini genişletir. Anten neredeyse her yöne yayılarak VHF ve S bantlarının çoğunu ve UHF ve L bantlarının tamamını kapsar. Antenin fiziksel boyutu 48,32×43,72×0,8 mm3, elektriksel boyutu ise 0,235λ0×0,211λ0×0,003λ0'dır. Küçük boyut ve düşük maliyet avantajlarına sahiptir ve geniş bant kablosuz iletişim sistemlerinde potansiyel uygulama olanaklarına sahiptir.
Şekil 8: Ayrık halka rezonatörüyle yüklenen tek kutuplu anten.
Şekil 9, iki yol boyunca kesik T-şekilli bir yer düzlemine topraklanmış iki çift birbirine bağlı kıvrımlı tel halkadan oluşan düzlemsel bir anten yapısını göstermektedir. Anten boyutu 38,5×36,6 mm2'dir (0,070λ0×0,067λ0), burada λ0, 0,55 GHz'lik boş alan dalga boyudur. Anten, 2,35 GHz'de maksimum 5,5 dBi kazanç ve %90,1 verimlilikle, 0,55 ~ 3,85 GHz çalışma frekansı bandında E düzleminde çok yönlü olarak yayılır. Bu özellikler önerilen anteni UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi ve Bluetooth gibi çeşitli uygulamalar için uygun hale getirmektedir.
Şekil 9 Önerilen düzlemsel anten yapısı.
2. Sızdıran Dalga Anteni (LWA)
Yeni sızdıran dalga anteni, yapay metamalzeme TL'nin gerçekleştirilmesine yönelik ana uygulamalardan biridir. Sızdıran dalga antenleri için faz sabiti β'nın radyasyon açısı (θm) ve maksimum ışın genişliği (Δθ) üzerindeki etkisi aşağıdaki gibidir:
L anten uzunluğu, k0 boş uzaydaki dalga sayısı ve λ0 boş uzaydaki dalga boyudur. Radyasyonun yalnızca |β|
3. Sıfır dereceli rezonatör anteni
CRLH meta malzemesinin benzersiz bir özelliği, frekans sıfıra eşit olmadığında β'nın 0 olabilmesidir. Bu özelliğe dayanarak yeni bir sıfır dereceli rezonatör (ZOR) oluşturulabilir. β sıfır olduğunda rezonatörün tamamında faz kayması meydana gelmez. Bunun nedeni faz kayma sabitinin φ = - βd = 0 olmasıdır. Ayrıca rezonans sadece reaktif yüke bağlıdır ve yapının uzunluğundan bağımsızdır. Şekil 10, önerilen antenin E şeklinde iki ve üç ünite uygulanarak üretildiğini ve toplam boyutun sırasıyla 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 ve 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 olduğunu göstermektedir; burada λ0, dalga boyunu temsil eder. sırasıyla 500 MHz ve 650 MHz çalışma frekanslarında boş alan. Anten, %91,9 ve %96,0 bağıl bant genişlikleriyle 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) ve 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz) frekanslarında çalışır. Küçük boyut ve geniş bant genişliği özelliklerine ek olarak, birinci ve ikinci antenin kazanç ve verimliliği sırasıyla 5,3dBi ve %85 (1GHz) ve 5,7dBi ve %90 (1,4GHz)'dir.
Şekil 10 Önerilen çift-E ve üçlü-E anten yapıları.
4. Yuva Anteni
CRLH-MTM anteninin açıklığını genişletmek için basit bir yöntem önerildi ancak anten boyutu neredeyse değişmedi. Şekil 11'de gösterildiği gibi anten, birbiri üzerine dikey olarak istiflenmiş, yamalar ve kıvrımlı çizgiler içeren CRLH birimleri içermektedir ve yama üzerinde S şeklinde bir yuva bulunmaktadır. Anten, CPW uyumlu bir saplama ile beslenir ve boyutu 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm'dir; bu, 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0'a karşılık gelir; burada λ0 (3,5GHz), boş alanın dalga boyunu temsil eder. Sonuçlar antenin 0,85-7,90GHz frekans bandında çalıştığını ve çalışma bant genişliğinin %161,14 olduğunu göstermektedir. Antenin en yüksek radyasyon kazanımı ve verimliliği, sırasıyla 5,12dBi ve ~%80 olan 3,5GHz'de görülmektedir.
Şekil 11 Önerilen CRLH MTM slot anteni.
Antenler hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen şu adresi ziyaret edin:
Gönderim zamanı: Ağu-30-2024
