Labarai - Bitar Layin Antenna na Metamaterial Transmission

I. Gabatarwa
Za'a iya siffanta abubuwa mafi kyau a matsayin sifofi da aka ƙera ta wucin gadi don samar da wasu kaddarorin lantarki waɗanda basu wanzu ta halitta. Metamaterials tare da rashin izini mara kyau da rashin daidaituwa mara kyau ana kiran su metamaterials na hannun hagu (LHMs). LHMs an yi nazari sosai a cikin al'ummomin kimiyya da injiniyanci. A cikin 2003, an saka sunayen LHMs ɗaya daga cikin manyan ci gaban kimiyya goma na wannan zamani ta mujallar Kimiyya. Sabbin aikace-aikace, dabaru, da na'urori an ƙirƙira su ta amfani da keɓaɓɓen kaddarorin LHMs. Hanyar watsawa (TL) hanya ce ta ƙira mai inganci wacce kuma zata iya bincika ƙa'idodin LHMs. Idan aka kwatanta da TLs na al'ada, mafi mahimmancin fasalin TLs na metamaterial shine ikon sarrafa sigogi na TL (yawan yaduwa) da haɓaka halayen halayen. Ikon sarrafa sigogin metamaterial TL yana ba da sabbin ra'ayoyi don ƙirƙira tsarin eriya tare da ƙarin ƙaƙƙarfan girman, mafi girman aiki, da ayyukan labari. Hoto na 1 (a), (b), da (c) suna nuna samfuran da'irar da ba su da asara na layin watsawa ta hannun dama (PRH), tsantsar layin watsawa ta hagu (PLH), da hadadden layin watsawa na hagu-dama ( CRLH), bi da bi. Kamar yadda aka nuna a cikin Hoto 1 (a), ƙirar da'ira ta PRH TL yawanci haɗuwa ce ta inductance da shunt capacitance. Kamar yadda aka nuna a cikin Hoto 1 (b), samfurin kewayawa na PLH TL shine haɗuwa da shunt inductance da jerin capacitance. A aikace-aikace masu amfani, ba zai yiwu a aiwatar da da'irar PLH ba. Wannan ya faru ne saboda ba za'a iya kaucewa parasitic jerin inductance da shunt capacitance effects. Sabili da haka, halayen layin watsawa na hagu da za a iya gane su a halin yanzu duk wani tsari ne na hagu da dama, kamar yadda aka nuna a cikin Hoto 1 (c).

Hoto 1 Samfuran kewaya layin watsa daban-daban

Ana ƙididdige yawan yaɗawa akai-akai (γ) na layin watsawa (TL) kamar: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), inda Y da Z ke wakiltar shigar da rashin ƙarfi bi da bi. Yin la'akari da CRLH-TL, Z da Y ana iya bayyana su kamar:

Uniform CRLH TL zai sami alaƙa mai zuwa:

Tsawon lokaci na β na iya zama lamba ta gaske zalla ko kuma ƙima mai ƙima. Idan β ya kasance na gaske a cikin kewayon mitar, akwai lambar wucewa a cikin kewayon mitar saboda yanayin γ=jβ. A gefe guda, idan β lambar hasashe ce zalla a cikin kewayon mitar, akwai abin tsayawa a cikin kewayon mitar saboda yanayin γ=α. Wannan tasha ta musamman ce ga CRLH-TL kuma babu shi a cikin PRH-TL ko PLH-TL. Figures 2 (a), (b), da (c) suna nuna madaidaicin tarwatsawa (watau dangantakar ω - β) na PRH-TL, PLH-TL, da CRLH-TL, bi da bi. Dangane da ɓangarorin tarwatsawa, ana iya samun saurin rukuni (vg = ∂ω / ∂β) da saurin lokaci (vp = ω / β) na layin watsawa da kimantawa. Don PRH-TL, ana iya gano shi daga lanƙwasa cewa vg da vp suna layi ɗaya (watau vpvg>0). Don PLH-TL, lanƙwan yana nuna cewa vg da vp ba su daidaita ba (watau vpvg <0). Tsarin watsawa na CRLH-TL kuma yana nuna kasancewar yankin LH (watau vpvg <0) da yankin RH (watau vpvg> 0). Kamar yadda ake iya gani daga Hoto 2(c), na CRLH-TL, idan γ tsantsar lamba ce ta gaske, akwai tasha band.

Hoto na 2 Rarrabuwar layukan watsa daban-daban

Yawancin lokaci, jerin da sautin layi ɗaya na CRLH-TL sun bambanta, wanda ake kira yanayin rashin daidaituwa. Duk da haka, lokacin da jerin da mitoci masu kama da juna suka kasance iri ɗaya, ana kiran shi daidaitaccen yanayi, kuma ana nuna samfurin da'irar da aka sauƙaƙe daidai a cikin Hoto 3(a).

Hoto 3 Samfurin kewayawa da tarwatsewar layin watsawa ta hannun hagu

Yayin da mitar ke ƙaruwa, halayen watsawa na CRLH-TL suna ƙaruwa sannu a hankali. Wannan saboda saurin lokaci (watau vp=ω/β) yana ƙara dogaro da mita. A ƙananan mitoci, LH ne ke mamaye CRLH-TL, yayin da a manyan mitoci, RH ya mamaye CRLH-TL. Wannan yana nuna yanayin biyu na CRLH-TL. Ana nuna ma'auni na rarrabawa CRLH-TL a cikin hoto 3(b). Kamar yadda aka nuna a hoto na 3 (b), sauyawa daga LH zuwa RH yana faruwa a:

Inda ω0 shine mitar canji. Saboda haka, a cikin madaidaicin yanayin, sauyi mai laushi yana faruwa daga LH zuwa RH saboda γ lamba ce kawai ta hasashe. Saboda haka, babu abin tsayawa don daidaitawar CRLH-TL. Ko da yake β ba shi da sifili a ω0 (iyali marar iyaka ga tsawon raƙuman jagoran, watau, λg=2π/|β|), igiyar ruwa har yanzu tana yaduwa saboda vg a ω0 ba sifili bane. Hakazalika, a ω0, canjin lokaci ba shi da sifili don TL na tsawon d (watau φ= - βd=0). Ci gaban lokaci (watau φ>0) yana faruwa a cikin kewayon mitar LH (watau ω<ω0), da jinkirta lokaci (watau φ <0) yana faruwa a cikin kewayon mitar RH (watau ω>ω0). Don CRLH TL, an siffanta ƙayyadaddun halayen kamar haka:

Inda ZL da ZR sune PLH da PRH impedances, bi da bi. Don yanayin rashin daidaituwa, haɓakar halayen halayen ya dogara da mita. Ma'aunin da ke sama yana nuna cewa madaidaicin shari'ar yana zaman kansa daga mita, don haka yana iya samun madaidaicin ma'aunin bandwidth. Ma'aunin TL da aka samo a sama yayi kama da ƙayyadaddun sigogi waɗanda ke ayyana kayan CRLH. Tsawon yaduwa na TL shine γ=jβ=Sqrt(ZY). Ganin yawan yaduwa na kayan (β=ω x Sqrt(εμ)), ana iya samun ma'auni mai zuwa:

Hakazalika, siffa ta TL, watau, Z0=Sqrt(ZY), yayi kama da siffa ta kayan aiki, watau η=Sqrt(μ/ε), wanda aka bayyana kamar haka:

Ana nuna ma'auni na ma'auni na daidaitacce da rashin daidaituwa CRLH-TL (watau n = cβ/ω) a cikin Hoto 4. A cikin Hoto 4, ma'anar refractive na CRLH-TL a cikin kewayon LH ɗinsa mara kyau ne kuma ma'anar refractive a cikin RH. iyaka yana da inganci.

Hoto 4 Nau'in fihirisa na yau da kullun na daidaitattun daidaito da rashin daidaituwa na CRLH TLs.

1. LC cibiyar sadarwa
Ta hanyar jefar da sel LC bandpass da aka nuna a cikin Hoto 5(a), CRLH-TL na yau da kullun tare da ingantacciyar daidaito na tsawon d ana iya gina shi lokaci-lokaci ko ba lokaci-lokaci ba. Gabaɗaya, don tabbatar da dacewar lissafi da masana'antar CRLH-TL, kewayawa yana buƙatar zama lokaci-lokaci. Idan aka kwatanta da samfurin Hoto 1(c), tantanin halitta na Hoto 5(a) ba shi da girma kuma tsayin jiki ba shi da iyaka (watau Δz a cikin mita). Yin la'akari da tsawon wutar lantarki θ = Δφ (rad), za'a iya bayyana lokaci na kwayar LC. Koyaya, don a zahiri gane inductance da ƙarfin aiki, ana buƙatar kafa tsayin jiki p. Zaɓin fasahar aikace-aikacen (kamar microstrip, coplanar waveguide, abubuwan hawan saman ƙasa, da sauransu) zai shafi girman jiki na tantanin halitta LC. Tantanin halitta na LC na Hoto 5 (a) yayi kama da ƙirar ƙira na Hoto 1 (c), da iyaka p = Δz → 0. Dangane da yanayin daidaituwa p→0 a cikin Hoto na 5 (b), ana iya gina TL (ta hanyar cascading LC cells) wanda yayi daidai da ingantacciyar kakin CRLH-TL mai tsayi d, ta yadda TL ya bayyana uniform zuwa igiyoyin lantarki.

Hoto 5 CRLH TL dangane da hanyar sadarwar LC.

Ga sel LC, la'akari da yanayin iyaka na lokaci-lokaci (PBCs) kama da ka'idar Bloch-Floquet, an tabbatar da alaƙar watsawa ta tantanin LC kuma an bayyana kamar haka:

Jerin impedance (Z) da shunt admittance (Y) na sel LC an ƙaddara su ta hanyar ma'auni masu zuwa:

Tun da tsayin wutar lantarki na naúrar LC ɗin yana da ƙanƙanta, ana iya amfani da ƙimar Taylor don samun:

2. Aiwatar da Jiki
A cikin sashin da ya gabata, an tattauna hanyar sadarwar LC don samar da CRLH-TL. Irin waɗannan cibiyoyin sadarwa na LC ba za a iya cimma su ba ta hanyar ɗaukar kayan aikin jiki waɗanda za su iya samar da ƙarfin da ake buƙata (CR da CL) da inductance (LR da LL). A cikin 'yan shekarun nan, aikace-aikace na kayan aikin guntu na sararin samaniya (SMT) ko abubuwan da aka rarraba sun jawo sha'awa sosai. Ana iya amfani da Microstrip, stripline, coplanar waveguide ko wasu fasahohin makamantan su don gane abubuwan da aka rarraba. Akwai dalilai da yawa don yin la'akari lokacin zabar guntuwar SMT ko abubuwan da aka rarraba. Tsarin CRLH na tushen SMT sun fi kowa kuma sun fi sauƙin aiwatarwa cikin sharuddan bincike da ƙira. Wannan shi ne saboda samuwan kayan haɗin guntu na SMT, waɗanda ba sa buƙatar gyarawa da masana'anta idan aka kwatanta da abubuwan da aka rarraba. Koyaya, kasancewar abubuwan SMT sun warwatse, kuma yawanci suna aiki ne kawai a ƙananan mitoci (watau 3-6GHz). Don haka, tsarin SMT na tushen CRLH yana da iyakataccen kewayon mitar aiki da takamaiman halaye na lokaci. Misali, a aikace-aikace masu haskakawa, abubuwan haɗin guntu na SMT bazai yuwu ba. Hoto 6 yana nuna tsarin da aka rarraba bisa CRLH-TL. Ana aiwatar da tsarin ta hanyar ƙarfin tsaka-tsakin dijital da layin gajeriyar kewayawa, ƙirƙirar jerin capacitance CL da inductance LL na LH bi da bi. Ana ɗaukan ƙarfin da ke tsakanin layi da GND shine RH capacitance CR, kuma inductance da aka samar ta hanyar juzu'in maganadisu da aka yi ta gudana ta halin yanzu a cikin tsarin interdigital ana ɗauka shine RH inductance LR.