2. Tapassing fan MTM-TL yn antennesystemen
Dizze seksje sil rjochte wêze op keunstmjittige metamateriaal-TL's en guon fan har meast foarkommende en relevante tapassingen foar it realisearjen fan ferskate antennestrukturen mei lege kosten, maklike produksje, miniaturisaasje, brede bânbreedte, hege winst en effisjinsje, breed skanningsfermogen en leech profyl. Se wurde hjirûnder besprutsen.
1. Breedbân- en multifrekwinsjeantennes
Yn in typyske TL mei in lingte fan l, as de hoekfrekwinsje ω0 jûn is, kin de elektryske lingte (of faze) fan 'e transmissieline as folget berekkene wurde:
Wêr't vp de fazesnelheid fan 'e transmissieline fertsjintwurdiget. Lykas út it boppesteande te sjen is, komt de bânbreedte nau oerien mei de groepsfertraging, dy't de ôflate is fan φ mei respekt foar frekwinsje. Dêrom, as de lingte fan 'e transmissieline koarter wurdt, wurdt de bânbreedte ek breder. Mei oare wurden, der is in omkearde relaasje tusken de bânbreedte en de fûnemintele faze fan 'e transmissieline, dy't ûntwerpspesifyk is. Dit lit sjen dat yn tradisjonele ferspraatte sirkwy's de wurkbânbreedte net maklik te kontrolearjen is. Dit kin taskreaun wurde oan 'e beheiningen fan tradisjonele transmissielinen yn termen fan frijheidsgraden. Laadeleminten tastean lykwols ekstra parameters te brûken yn metamateriaal-TL's, en de fazerespons kin oant in bepaalde mjitte kontroleare wurde. Om de bânbreedte te fergrutsjen, is it nedich om in ferlykbere helling te hawwen tichtby de wurkfrekwinsje fan 'e ferspriedingseigenskippen. Keunstmjittige metamateriaal-TL kin dit doel berikke. Op basis fan dizze oanpak wurde in protte metoaden foar it ferbetterjen fan 'e bânbreedte fan antennes yn it artikel foarsteld. Wittenskippers hawwe twa breedbânantennes ûntwurpen en makke dy't laden binne mei splitringresonators (sjoch figuer 7). De resultaten werjûn yn figuer 7 litte sjen dat nei it laden fan 'e splitringresonator mei de konvinsjonele monopoalantenne, in modus mei lege resonânsjefrekwinsje oanstutsen wurdt. De grutte fan 'e splitringresonator is optimalisearre om in resonânsje te berikken dy't tichtby dy fan 'e monopoalantenne leit. De resultaten litte sjen dat as de twa resonânsjes gearfalle, de bânbreedte en strielingseigenskippen fan 'e antenne fergrutte wurde. De lingte en breedte fan 'e monopoalantenne binne respektivelik 0,25λ0 × 0,11λ0 en 0,25λ0 × 0,21λ0 (4GHz), en de lingte en breedte fan 'e monopoalantenne laden mei in splitringresonator binne respektivelik 0,29λ0 × 0,21λ0 (2,9GHz). Foar de konvinsjonele F-foarmige antenne en T-foarmige antenne sûnder in splitringresonator binne de heechste fersterking en strielingseffisjinsje metten yn 'e 5GHz-band respektivelik 3,6dBi - 78,5% en 3,9dBi - 80,2%. Foar de antenne laden mei in splitringresonator binne dizze parameters respektivelik 4dBi - 81,2% en 4,4dBi - 83% yn 'e 6GHz-band. Troch in splitringresonator te ymplementearjen as in oerienkommende lading op 'e monopoalantenne, kinne de 2,9GHz ~ 6,41GHz- en 2,6GHz ~ 6,6GHz-bannen stipe wurde, wat oerienkomt mei fraksjonele bânbreedten fan respektivelik 75,4% en ~87%. Dizze resultaten litte sjen dat de mjitbânbreedte mei sawat 2,4 kear en 2,11 kear ferbettere is yn ferliking mei tradisjonele monopoalantennes fan sawat in fêste grutte.
Figuer 7. Twa breedbânantennes laden mei split-ring resonators.
Lykas te sjen is yn figuer 8, wurde de eksperimintele resultaten fan 'e kompakte printe monopoalantenne werjûn. As S11 ≤- 10 dB is, is de wurkbânbreedte 185% (0.115-2.90 GHz), en by 1.45 GHz binne de pykwinst en strielingseffisjinsje respektivelik 2.35 dBi en 78.8%. De yndieling fan 'e antenne is fergelykber mei in rêch-oan-rêch trijehoekige plaatstruktuer, dy't fiede wurdt troch in kromlineêre krêftferdieler. De ôfkoarte GND befettet in sintrale stomp pleatst ûnder de feeder, en fjouwer iepen resonante ringen binne deromhinne ferdield, wat de bânbreedte fan 'e antenne ferbredet. De antenne strielt hast omnidireksjoneel, en beslacht it measte fan 'e VHF- en S-bannen, en alle UHF- en L-bannen. De fysike grutte fan 'e antenne is 48.32 × 43.72 × 0.8 mm3, en de elektryske grutte is 0.235λ0 × 0.211λ0 × 0.003λ0. It hat de foardielen fan lytse grutte en lege kosten, en hat potinsjele tapassingsperspektiven yn breedbân draadloze kommunikaasjesystemen.
Figuer 8: Monopole-antenne laden mei in splitringresonator.
Figuer 9 lit in planêre antennestruktuer sjen dy't bestiet út twa pearen ûnderling ferbûne meanderdraadlussen dy't oan in ôfkoarte T-foarmige grûnflak ferbûn binne fia twa vias. De antennegrutte is 38,5 × 36,6 mm2 (0,070λ0 × 0,067λ0), wêrby't λ0 de frije romtegolflingte fan 0,55 GHz is. De antenne straalt omnidireksjoneel út yn it E-flak yn 'e wurkfrekwinsjebân fan 0,55 ~ 3,85 GHz, mei in maksimale winst fan 5,5 dBi by 2,35 GHz en in effisjinsje fan 90,1%. Dizze funksjes meitsje de foarstelde antenne geskikt foar ferskate tapassingen, ynklusyf UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi en Bluetooth.
Fig. 9 Foarstelde planêre antennestruktuer.
2. Lekkende golfantenne (LWA)
De nije lekkende golfantenne is ien fan 'e wichtichste tapassingen foar it realisearjen fan keunstmjittich metamateriaal TL. Foar lekkende golfantennes is it effekt fan 'e fazekonstante β op 'e strielingshoek (θm) en de maksimale strielbreedte (Δθ) as folget:
L is de lingte fan 'e antenne, k0 is it golfgetal yn 'e frije romte, en λ0 is de golflingte yn 'e frije romte. Tink derom dat strieling allinich foarkomt as |β|
3. Resonatorantenne fan nulde oarder
In unike eigenskip fan CRLH-metamateriaal is dat β 0 wêze kin as de frekwinsje net gelyk is oan nul. Op basis fan dizze eigenskip kin in nije nulde-oarder resonator (ZOR) generearre wurde. As β nul is, komt der gjin fazeferskowing foar yn 'e heule resonator. Dit komt om't de fazeferskowingskonstante φ = - βd = 0. Derneist hinget de resonânsje allinich ôf fan 'e reaktive lading en is ûnôfhinklik fan 'e lingte fan' e struktuer. Figuer 10 lit sjen dat de foarstelde antenne makke is troch twa en trije ienheden mei E-foarm ta te passen, en de totale grutte is respektivelik 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 en 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0, wêrby't λ0 de golflingte fan frije romte fertsjintwurdiget by wurkfrekwinsjes fan respektivelik 500 MHz en 650 MHz. De antenne wurket op frekwinsjes fan 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) en 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz), mei relative bânbreedten fan 91.9% en 96.0%. Neist de skaaimerken fan lytse grutte en brede bânbreedte, binne de fersterking en effisjinsje fan 'e earste en twadde antennes respektivelik 5.3dBi en 85% (1GHz) en 5.7dBi en 90% (1.4GHz).
Fig. 10 Foarstelde dûbele-E en trijefâldige-E antennestrukturen.
4. Slotantenne
In ienfâldige metoade is foarsteld om de iepening fan 'e CRLH-MTM-antenne te fergrutsjen, mar de grutte fan 'e antenne is hast net feroare. Lykas te sjen is yn figuer 11, omfettet de antenne CRLH-ienheden dy't fertikaal op elkoar steapele binne, dy't patches en meanderlinen befetsje, en d'r is in S-foarmige sleuf op 'e patch. De antenne wurdt fiede troch in CPW-oerienkomststub, en de grutte is 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, wat oerienkomt mei 0,204λ0 × 0,375λ0 × 0,018λ0, wêrby't λ0 (3,5 GHz) de golflingte fan frije romte fertsjintwurdiget. De resultaten litte sjen dat de antenne wurket yn 'e frekwinsjebân fan 0,85-7,90 GHz, en de wurkbânbreedte is 161,14%. De heechste strielingswinst en effisjinsje fan 'e antenne ferskine by 3,5 GHz, dy't respektivelik 5,12 dBi en ~80% binne.
Fig. 11 De foarstelde CRLH MTM-slotantenne.
Om mear te learen oer antennes, kinne jo terecht op:
Pleatsingstiid: 30 augustus 2024
