I. Ynlieding
Metamaterialen kinne it bêste wurde omskreaun as keunstmjittich ûntworpen struktueren om bepaalde elektromagnetyske eigenskippen te produsearjen dy't net natuerlik besteane. Metamaterialen mei negative permittiviteit en negative permeabiliteit wurde linkshandige metamaterialen (LHM's) neamd. LHM's binne wiidweidich studearre yn 'e wittenskiplike en yngenieursmienskippen. Yn 2003 waarden LHM's útroppen ta ien fan 'e top tsien wittenskiplike trochbraken fan 'e hjoeddeiske tiid troch it tydskrift Science. Nije applikaasjes, konsepten en apparaten binne ûntwikkele troch it brûken fan de unike eigenskippen fan LHM's. De oanpak fan oerdrachtline (TL) is in effektive ûntwerpmetoade dy't ek de prinsipes fan LHM's kin analysearje. Yn ferliking mei tradisjonele TL's is it wichtichste skaaimerk fan metamaterial TL's de kontrolearberens fan TL-parameters (propagaasjekonstante) en karakteristike impedânsje. De kontrolearberens fan metamaterial TL-parameters leveret nije ideeën foar it ûntwerpen fan antennestruktueren mei kompakter grutte, hegere prestaasjes en nije funksjes. Figure 1 (a), (b), en (c) litte de lossless circuit modellen sjen fan suver rjochtshannele oerdracht line (PRH), suver loftshanded transmission line (PLH), en gearstalde lofts-rjochtshanded transmission line ( CRLH), respektivelik. Lykas werjûn yn figuer 1 (a), it PRH TL lykweardich circuit model is meastal in kombinaasje fan rige inductance en shunt capacitance. Lykas werjûn yn figuer 1 (b), is de PLH TL circuit model in kombinaasje fan shunt inductance en rige capacitance. Yn praktyske tapassingen is it net mooglik om in PLH-sirkwy út te fieren. Dit komt troch de ûnûntkombere parasitêre searje-induktânsje- en shuntkapasitânsje-effekten. Dêrom, de skaaimerken fan de lofterhân oerdracht line dat kin wurde realisearre op it stuit binne allegear gearstalde lofterhân en rjochterhân struktueren, lykas werjûn yn figuer 1 (c).
figuer 1 Ferskillende transmission line circuit modellen
De propagaasjekonstante (γ) fan 'e oerdrachtline (TL) wurdt berekkene as: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), wêrby't Y en Z respektivelik admittânsje en impedânsje fertsjintwurdigje. Mei it each op CRLH-TL kinne Z en Y wurde útdrukt as:
In unifoarme CRLH TL sil de folgjende ferspriedingsrelaasje hawwe:
De fazekonstante β kin in suver reëel getal of in suver imaginêr getal wêze. As β folslein reëel is binnen in frekwinsjeberik, is der in passbân binnen it frekwinsjeberik troch de betingst γ=jβ. Oan 'e oare kant, as β in suver tinkbyldich getal binnen in frekwinsjeberik is, is d'r in stopbân binnen it frekwinsjeberik troch de betingst γ=α. Dizze stopband is unyk foar CRLH-TL en bestiet net yn PRH-TL of PLH-TL. Figuren 2 (a), (b), en (c) litte de dispersjonskurven (dus de ω - β-relaasje) fan respektivelik PRH-TL, PLH-TL en CRLH-TL sjen. Op grûn fan 'e dispersionskurven kinne de groepssnelheid (vg = ∂ω / ∂β) en fazesnelheid (vp = ω / β) fan 'e oerdrachtline wurde ôflaat en skatte. Foar PRH-TL kin ek út de kromme ôflei wurde dat vg en vp parallel binne (dus vpvg>0). Foar PLH-TL lit de kromme sjen dat vg en vp net parallel binne (dus vpvg<0). De dispersjonskromme fan CRLH-TL toant ek it bestean fan LH-regio (dus vpvg <0) en RH-regio (dus vpvg> 0). As kin sjoen wurde út figuer 2 (c), foar CRLH-TL, as γ is in suver reëel getal, der is in stop band.
figuer 2 Dispersion curves fan ferskillende oerdracht rigels
Meastentiids binne de searjes en parallelle resonânsjes fan in CRLH-TL oars, wat in unbalansearre steat neamd wurdt. Lykwols, doe't de rige en parallel resonânsje frekwinsjes binne itselde, it hjit in lykwichtige steat, en de resultearjende ferienfâldige lykweardich circuit model wurdt werjûn yn figuer 3 (a).
figuer 3 Circuit model en dispersion kromme fan gearstalde lofterhân oerdracht line
As de frekwinsje ferheget, ferheegje de dispersjonskarakteristiken fan CRLH-TL stadichoan. Dit komt om't de fazesnelheid (dus vp=ω/β) hieltyd mear ôfhinklik wurdt fan frekwinsje. By lege frekwinsjes wurdt CRLH-TL dominearre troch LH, wylst by hege frekwinsjes CRLH-TL wurdt dominearre troch RH. Dit toant de dûbele aard fan CRLH-TL. It lykwicht CRLH-TL dispersion diagram wurdt werjûn yn figuer 3 (b). Lykas werjûn yn figuer 3(b), komt de oergong fan LH nei RH foar by:
Wêr't ω0 de oergongsfrekwinsje is. Dêrom komt yn it lykwichtige gefal in glêde oergong fan LH nei RH foar, om't γ in suver tinkbyldich getal is. Dêrom is d'r gjin stopband foar de lykwichtige CRLH-TL-fersprieding. Hoewol β nul is by ω0 (ûneinich relatyf oan de begeliede golflingte, dat wol sizze, λg=2π/|β|), propagearret de golf noch om't vg by ω0 net nul is. Lykas, by ω0, is de fazeferskowing nul foar in TL fan lingte d (dus φ= - βd=0). De faze foarútgong (dus φ>0) komt foar yn it LH frekwinsjeberik (dus ω<ω0), en de fazefertraging (dus φ<0) komt foar yn it RH frekwinsjeberik (dus ω>ω0). Foar in CRLH TL wurdt de karakteristike impedânsje as folget beskreaun:
Wêr't ZL en ZR respektivelik de PLH- en PRH-impedânsjes binne. Foar it ûnbalansearre gefal hinget de karakteristike impedânsje ôf fan 'e frekwinsje. De boppesteande fergeliking lit sjen dat it lykwichtige gefal is ûnôfhinklik fan frekwinsje, sadat it kin hawwe in brede bânbreedte wedstriid. De hjirboppe ôflaat TL-fergeliking is fergelykber mei de konstitutive parameters dy't it CRLH-materiaal definiearje. De propagaasjekonstante fan TL is γ=jβ=Sqrt(ZY). Sjoen de propagaasjekonstante fan it materiaal (β=ω x Sqrt(εμ)), kin de folgjende fergeliking wurde krigen:
Lykas de karakteristike impedânsje fan TL, dat wol sizze Z0=Sqrt(ZY), is fergelykber mei de karakteristike impedânsje fan it materiaal, dws η=Sqrt(μ/ε), dy't wurdt útdrukt as:
De brekingsyndeks fan lykwichtige en net lykwichtige CRLH-TL (dus n = cβ/ω) wurdt werjûn yn figuer 4. Yn figuer 4 is de brekingsyndeks fan 'e CRLH-TL yn syn LH-berik negatyf en de brekingsyndeks yn syn RH berik is posityf.
figuer 4 Typyske brekkingsindices fan lykwichtige en unbalansearre CRLH TLs.
1. LC netwurk
Troch cascading de bandpass LC sellen werjûn yn figuer 5 (a), kin in typyske CRLH-TL mei effektive uniformiteit fan lingte d wurde konstruearre periodyk of net-periodyk. Yn 't algemien, om it gemak fan berekkening en fabrikaazje fan CRLH-TL te garandearjen, moat it circuit periodyk wêze. Yn ferliking mei it model fan figuer 1 (c), de sirkwy sel fan figuer 5 (a) hat gjin grutte en de fysike lingte is ûneinich lyts (ie, Δz yn meters). Sjoen syn elektryske lingte θ=Δφ (rad), kin de faze fan 'e LC-sel útdrukt wurde. Om lykwols de tapaste induktânsje en kapasitânsje echt te realisearjen, moat in fysike lingte p fêststeld wurde. De kar fan applikaasje technology (lykas microstrip, coplanar waveguide, oerflak mount komponinten, ensfh) sil beynfloedzje de fysike grutte fan de LC sel. De LC-sel fan figuer 5 (a) is fergelykber mei it inkrementele model fan figuer 1 (c), en syn limyt p = Δz → 0. Neffens de uniformiteitsbetingst p→0 yn figuer 5(b) kin in TL konstruearre wurde (troch LC-sellen te cascadearjen) dy't lykweardich is oan in ideaal unifoarm CRLH-TL mei lingte d, sadat de TL unifoarm liket foar elektromagnetyske weagen.
figuer 5 CRLH TL basearre op LC netwurk.
Foar de LC-sel, sjoen periodike grinsbetingsten (PBC's) fergelykber mei de Bloch-Floquet-stelling, wurdt de dispersjonsrelaasje fan 'e LC-sel bewiisd en as folget útdrukt:
De searjeimpedânsje (Z) en shuntadmittânsje (Y) fan 'e LC-sel wurde bepaald troch de folgjende fergelikingen:
Sûnt de elektryske lingte fan de ienheid LC circuit is hiel lyts, Taylor approximation kin brûkt wurde om te krijen:
2. Fysike ymplemintaasje
Yn 'e foarige paragraaf is it LC-netwurk om CRLH-TL te generearjen besprutsen. Sokke LC-netwurken kinne allinich realisearre wurde troch it oannimmen fan fysike komponinten dy't de fereaske kapasitânsje (CR en CL) en induktânsje (LR en LL) kinne produsearje. Yn 'e ôfrûne jierren hat de tapassing fan oerflak mount technology (SMT) chip komponinten as ferspraat komponinten luts grutte belangstelling. Microstrip, stripline, coplanar waveguide of oare ferlykbere technologyen kinne brûkt wurde om te realisearjen ferspraat komponinten. D'r binne in protte faktoaren om te beskôgjen by it kiezen fan SMT-chips as ferdielde komponinten. SMT-basearre CRLH-struktueren binne faker en makliker te ymplementearjen yn termen fan analyse en ûntwerp. Dit komt troch de beskikberens fan off-the-shelf SMT-chipkomponinten, dy't gjin ferbouwing en fabrikaazje nedich binne yn ferliking mei ferdielde komponinten. De beskikberens fan SMT-komponinten is lykwols ferspraat, en se wurkje normaal allinich op lege frekwinsjes (ie 3-6GHz). Dêrom hawwe SMT-basearre CRLH-struktueren beheinde bestjoeringsfrekwinsjeberiken en spesifike faze-karakteristiken. Bygelyks, yn útstrieling applikaasjes, SMT chip komponinten meie miskien net helber. figuer 6 lit in ferspraat struktuer basearre op CRLH-TL. De struktuer wurdt realisearre troch interdigitale kapasitânsje en koartslutingslinen, dy't respektivelik de searjekapasitânsje CL en parallelle induktânsje LL fan LH foarmje. De capacitance tusken de line en GND wurdt oannommen dat de RH capacitance CR, en de inductance generearre troch de magnetyske flux foarme troch de hjoeddeiske stream yn de interdigital struktuer wurdt oannommen dat de RH inductance LR.
figuer 6 Iendiminsjonale microstrip CRLH TL besteande út interdigital capacitors en koarte-line inductors.
Om mear te learen oer antennes, besykje asjebleaft:
Post tiid: Aug-23-2024
