2. การประยุกต์ MTM-TL ในระบบเสาอากาศ
ในส่วนนี้จะมุ่งเน้นไปที่ TL วัสดุ metamaterial เทียม และแอปพลิเคชันบางส่วนที่เกี่ยวข้องกันมากที่สุดสำหรับการสร้างโครงสร้างเสาอากาศต่างๆ ที่มีต้นทุนต่ำ การผลิตง่าย การย่อขนาด แบนด์วิดท์ที่กว้าง อัตราขยายและประสิทธิภาพสูง ความสามารถในการสแกนช่วงกว้าง และโปรไฟล์ต่ำ พวกเขาจะกล่าวถึงด้านล่าง
1. เสาอากาศบรอดแบนด์และหลายความถี่
ใน TL ทั่วไปที่มีความยาว l เมื่อกำหนดความถี่เชิงมุม ω0 ความยาวทางไฟฟ้า (หรือเฟส) ของสายส่งสามารถคำนวณได้ดังนี้:
โดยที่ vp แสดงถึงความเร็วเฟสของสายส่ง ดังที่เห็นได้จากด้านบน แบนด์วิดท์สอดคล้องกับความล่าช้าของกลุ่ม ซึ่งเป็นอนุพันธ์ของ φ เทียบกับความถี่ ดังนั้นเมื่อความยาวสายส่งสั้นลง แบนด์วิธก็จะกว้างขึ้นด้วย กล่าวอีกนัยหนึ่ง มีความสัมพันธ์แบบผกผันระหว่างแบนด์วิธและเฟสพื้นฐานของสายส่งซึ่งเป็นการออกแบบเฉพาะ นี่แสดงให้เห็นว่าในวงจรแบบกระจายแบบดั้งเดิม แบนด์วิดธ์การทำงานนั้นควบคุมได้ไม่ง่าย สิ่งนี้สามารถนำมาประกอบกับข้อจำกัดของสายส่งแบบดั้งเดิมในแง่ของระดับความเป็นอิสระ อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบการโหลดอนุญาตให้ใช้พารามิเตอร์เพิ่มเติมใน TL วัสดุ metamaterial และสามารถควบคุมการตอบสนองของเฟสได้ในระดับหนึ่ง เพื่อเพิ่มแบนด์วิธ จำเป็นต้องมีความชันใกล้เคียงกันใกล้กับความถี่การทำงานของลักษณะการกระจายตัว metamaterial เทียมสามารถบรรลุเป้าหมายนี้ได้ จากแนวทางนี้ มีการเสนอวิธีการมากมายในการเพิ่มแบนด์วิดท์ของเสาอากาศในบทความนี้ นักวิชาการได้ออกแบบและประดิษฐ์เสาอากาศบรอดแบนด์สองตัวที่โหลดด้วยตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยก (ดูรูปที่ 7) ผลลัพธ์ที่แสดงในรูปที่ 7 แสดงให้เห็นว่าหลังจากโหลดตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยกด้วยเสาอากาศโมโนโพลธรรมดาแล้ว โหมดความถี่เรโซแนนซ์ต่ำจะตื่นเต้น ขนาดของตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยกได้รับการปรับให้เหมาะสมเพื่อให้ได้เสียงสะท้อนที่ใกล้เคียงกับขนาดของเสาอากาศแบบโมโนโพล ผลการวิจัยพบว่าเมื่อเสียงสะท้อนทั้งสองเกิดขึ้นพร้อมกัน ลักษณะแบนด์วิดท์และการแผ่รังสีของเสาอากาศจะเพิ่มขึ้น ความยาวและความกว้างของเสาอากาศโมโนโพลคือ 0.25แลมโบล0×0.11เล0 และ 0.25แลม0×0.21แลม0 (4GHz) ตามลำดับ และความยาวและความกว้างของเสาอากาศโมโนโพลที่โหลดด้วยรีโซเนเตอร์วงแหวนแยกคือ 0.29แลม0×0.21แลม0 (2.9GHz) ) ตามลำดับ สำหรับเสาอากาศรูปตัว F ทั่วไปและเสาอากาศรูปตัว T ที่ไม่มีตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยก ประสิทธิภาพอัตราขยายและรังสีสูงสุดที่วัดได้ในย่านความถี่ 5GHz คือ 3.6dBi - 78.5% และ 3.9dBi - 80.2% ตามลำดับ สำหรับเสาอากาศที่โหลดด้วยตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยก พารามิเตอร์เหล่านี้คือ 4dBi - 81.2% และ 4.4dBi - 83% ตามลำดับในย่านความถี่ 6GHz ด้วยการใช้ตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยกเป็นโหลดที่ตรงกันบนเสาอากาศโมโนโพล จึงสามารถรองรับย่านความถี่ 2.9GHz ~ 6.41GHz และ 2.6GHz ~ 6.6GHz ได้ ซึ่งสอดคล้องกับแบนด์วิดท์แบบเศษส่วนที่ 75.4% และ ~87% ตามลำดับ ผลลัพธ์เหล่านี้แสดงให้เห็นว่าแบนด์วิธการวัดได้รับการปรับปรุงประมาณ 2.4 เท่าและ 2.11 เท่า เมื่อเทียบกับเสาอากาศโมโนโพลแบบดั้งเดิมที่มีขนาดคงที่โดยประมาณ
รูปที่ 7 เสาอากาศบรอดแบนด์สองตัวที่โหลดด้วยตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยก
ดังแสดงในรูปที่ 8 ผลการทดลองของเสาอากาศโมโนโพลพิมพ์ขนาดกะทัดรัดจะปรากฏขึ้น เมื่อ S11≤- 10 dB แบนด์วิธในการทำงานคือ 185% (0.115-2.90 GHz) และที่ 1.45 GHz อัตราขยายสูงสุดและประสิทธิภาพการแผ่รังสีคือ 2.35 dBi และ 78.8% ตามลำดับ เค้าโครงของเสาอากาศจะคล้ายกับโครงสร้างแผ่นสามเหลี่ยมแบบหันหลังชนกัน ซึ่งถูกป้อนโดยตัวแบ่งกำลังแบบโค้ง GND ที่ถูกตัดทอนนั้นมีต้นขั้วกลางอยู่ใต้ตัวป้อน และมีวงแหวนเรโซแนนซ์แบบเปิดสี่วงกระจายอยู่รอบๆ ซึ่งจะช่วยขยายแบนด์วิธของเสาอากาศให้กว้างขึ้น เสาอากาศแผ่กระจายเกือบรอบทิศทาง ครอบคลุมย่านความถี่ VHF และ S ส่วนใหญ่ และย่านความถี่ UHF และ L ทั้งหมด ขนาดทางกายภาพของเสาอากาศคือ 48.32×43.72×0.8 mm3 และขนาดทางไฟฟ้าคือ 0.235แลม0×0.211แลม0×0.003แลม0 มีข้อดีคือมีขนาดเล็กและต้นทุนต่ำ และมีแนวโน้มการใช้งานในระบบสื่อสารไร้สายบรอดแบนด์
รูปที่ 8: เสาอากาศโมโนโพลที่โหลดด้วยตัวสะท้อนเสียงแบบวงแหวนแยก
รูปที่ 9 แสดงโครงสร้างเสาอากาศระนาบที่ประกอบด้วยห่วงลวดคดเคี้ยวที่เชื่อมต่อถึงกันสองคู่ที่ต่อสายดินกับระนาบกราวด์รูปตัว T ที่ถูกตัดทอนผ่านจุดแวะสองจุด ขนาดเสาอากาศคือ 38.5×36.6 มม.2 (0.070แลม 0×0.067แลม 0) โดยที่ แลม คือความยาวคลื่นในอวกาศว่าง 0.55 GHz เสาอากาศจะแผ่กระจายไปรอบทิศทางในระนาบ E ในย่านความถี่การทำงาน 0.55 ~ 3.85 GHz โดยมีอัตราขยายสูงสุด 5.5dBi ที่ 2.35 GHz และมีประสิทธิภาพ 90.1% คุณลักษณะเหล่านี้ทำให้เสาอากาศที่นำเสนอเหมาะสำหรับการใช้งานต่างๆ รวมถึง UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi และ Bluetooth
รูปที่ 9 โครงสร้างเสาอากาศระนาบที่เสนอ
2. เสาอากาศคลื่นรั่ว (LWA)
เสาอากาศคลื่นรั่วแบบใหม่เป็นหนึ่งในแอพพลิเคชันหลักสำหรับการรับรู้ TL วัสดุ metamaterial เทียม สำหรับเสาอากาศคลื่นรั่ว ผลของค่าคงที่เฟส β ต่อมุมการแผ่รังสี (θm) และความกว้างของลำแสงสูงสุด (Δθ) จะเป็นดังนี้:
L คือความยาวของเสาอากาศ k0 คือเลขคลื่นในพื้นที่ว่าง และ lam0 คือความยาวคลื่นในพื้นที่ว่าง โปรดทราบว่าการแผ่รังสีเกิดขึ้นเมื่อ |β| เท่านั้น
3. เสาอากาศเรโซเนเตอร์แบบไม่มีคำสั่ง
คุณสมบัติเฉพาะของวัสดุ metamaterial ของ CRLH คือ β สามารถเป็น 0 ได้เมื่อความถี่ไม่เท่ากับศูนย์ ขึ้นอยู่กับคุณสมบัตินี้ สามารถสร้างตัวสะท้อนความถี่เป็นศูนย์ (ZOR) ใหม่ได้ เมื่อ β เป็นศูนย์ จะไม่มีการเลื่อนเฟสเกิดขึ้นในตัวสะท้อนเสียงทั้งหมด เนื่องจากค่าคงที่การเปลี่ยนเฟส φ = - βd = 0 นอกจากนี้ เสียงสะท้อนยังขึ้นอยู่กับโหลดปฏิกิริยาเท่านั้น และไม่ขึ้นกับความยาวของโครงสร้าง รูปที่ 10 แสดงให้เห็นว่าเสาอากาศที่นำเสนอถูกสร้างขึ้นโดยการใช้สองและสามยูนิตด้วยรูปทรง E และขนาดรวมคือ 0.017แลม 0 × 0.006แลม 0 × 0.001แลม 0 และ 0.028 เล0 × 0.008 เล0 × 0.001 เล0 ตามลำดับ โดยที่ แลม 0 แทนความยาวคลื่น ของพื้นที่ว่างที่ความถี่ปฏิบัติการ 500 MHz และ 650 MHz ตามลำดับ เสาอากาศทำงานที่ความถี่ 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) และ 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) โดยมีแบนด์วิดท์สัมพัทธ์ 91.9% และ 96.0% นอกเหนือจากลักษณะของขนาดที่เล็กและแบนด์วิธที่กว้างแล้ว อัตราขยายและประสิทธิภาพของเสาอากาศตัวแรกและตัวที่สองคือ 5.3dBi และ 85% (1GHz) และ 5.7dBi และ 90% (1.4GHz) ตามลำดับ
รูปที่ 10 โครงสร้างเสาอากาศ double-E และ triple-E ที่เสนอ
4. เสาอากาศสล็อต
มีการเสนอวิธีการง่ายๆ เพื่อขยายรูรับแสงของเสาอากาศ CRLH-MTM แต่ขนาดเสาอากาศแทบไม่เปลี่ยนแปลง ดังแสดงในรูปที่ 11 เสาอากาศประกอบด้วยหน่วย CRLH ที่ซ้อนกันในแนวตั้งซึ่งมีแพและเส้นคดเคี้ยว และมีช่องรูปตัว S บนแพตช์ เสาอากาศถูกป้อนโดย stub ที่จับคู่ CPW และขนาดของมันคือ 17.5 มม. × 32.15 มม. × 1.6 มม. ซึ่งสอดคล้องกับ0.204แลมบ์ดา0×0.375แล0×0.018แลม0 โดยที่ แลมบ์ดา (3.5GHz) แสดงถึงความยาวคลื่นของพื้นที่ว่าง ผลการวิจัยพบว่าเสาอากาศทำงานในย่านความถี่ 0.85-7.90GHz และแบนด์วิธในการทำงานอยู่ที่ 161.14% อัตราขยายและประสิทธิภาพของเสาอากาศสูงสุดปรากฏที่ 3.5GHz ซึ่งเท่ากับ 5.12dBi และ ~80% ตามลำดับ
รูปที่ 11 เสาอากาศสล็อต CRLH MTM ที่นำเสนอ
หากต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับเสาอากาศ โปรดไปที่:
เวลาโพสต์: 30 ส.ค.-2024
