समाचार - मेटामटेरियल्स पर आधारित ट्रांसमिशन लाइन एंटेना की समीक्षा (भाग 2)

2. एंटीना प्रणालियों में एमटीएम-टीएल का अनुप्रयोग
यह खंड कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल और उनके कुछ सबसे सामान्य और प्रासंगिक अनुप्रयोगों पर केंद्रित होगा, जो कम लागत, आसान निर्माण, लघुकरण, विस्तृत बैंडविड्थ, उच्च लाभ और दक्षता, विस्तृत रेंज स्कैनिंग क्षमता और कम प्रोफ़ाइल वाली विभिन्न एंटीना संरचनाओं को साकार करने में सहायक हैं। इनकी चर्चा नीचे की गई है।

1. ब्रॉडबैंड और बहु-आवृत्ति एंटेना
l लंबाई वाले एक विशिष्ट TL में, जब कोणीय आवृत्ति ω0 दी जाती है, तो ट्रांसमिशन लाइन की विद्युत लंबाई (या चरण) की गणना निम्न प्रकार से की जा सकती है:

जहाँ vp संचरण लाइन के कला वेग को दर्शाता है। जैसा कि ऊपर से देखा जा सकता है, बैंडविड्थ समूह विलंब के निकट है, जो आवृत्ति के सापेक्ष φ का व्युत्पन्न है। इसलिए, जैसे-जैसे संचरण लाइन की लंबाई कम होती जाती है, बैंडविड्थ भी चौड़ी होती जाती है। दूसरे शब्दों में, बैंडविड्थ और संचरण लाइन के मूल कला के बीच एक व्युत्क्रम संबंध होता है, जो डिज़ाइन-विशिष्ट होता है। यह दर्शाता है कि पारंपरिक वितरित परिपथों में, प्रचालन बैंडविड्थ को नियंत्रित करना आसान नहीं होता है। इसका कारण पारंपरिक संचरण लाइनों की स्वतंत्रता कोटि की सीमाओं को माना जा सकता है। हालाँकि, लोडिंग तत्व मेटामटेरियल टीएल में अतिरिक्त प्राचलों के उपयोग की अनुमति देते हैं, और कला प्रतिक्रिया को एक निश्चित सीमा तक नियंत्रित किया जा सकता है। बैंडविड्थ बढ़ाने के लिए, परिक्षेपण अभिलक्षणों की प्रचालन आवृत्ति के निकट एक समान प्रवणता आवश्यक है। कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल इस लक्ष्य को प्राप्त कर सकता है। इस दृष्टिकोण के आधार पर, इस शोधपत्र में एंटेना की बैंडविड्थ बढ़ाने के कई तरीके प्रस्तावित किए गए हैं। विद्वानों ने स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से युक्त दो ब्रॉडबैंड एंटेना डिज़ाइन और निर्मित किए हैं (चित्र 7 देखें)। चित्र 7 में दर्शाए गए परिणाम दर्शाते हैं कि स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर को पारंपरिक मोनोपोल एंटीना से लोड करने पर, एक निम्न अनुनाद आवृत्ति मोड उत्पन्न होता है। स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर का आकार मोनोपोल एंटीना के निकट अनुनाद प्राप्त करने के लिए अनुकूलित किया गया है। परिणाम दर्शाते हैं कि जब दोनों अनुनाद एक साथ होते हैं, तो एंटीना की बैंडविड्थ और विकिरण विशेषताएँ बढ़ जाती हैं। मोनोपोल एंटीना की लंबाई और चौड़ाई क्रमशः 0.25λ0×0.11λ0 और 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz) है, और स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से लोड किए गए मोनोपोल एंटीना की लंबाई और चौड़ाई क्रमशः 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz) है। पारंपरिक F-आकार के एंटीना और स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर के बिना T-आकार के एंटीना के लिए, 5GHz बैंड में मापी गई उच्चतम लाभ और विकिरण दक्षता क्रमशः 3.6dBi - 78.5% और 3.9dBi - 80.2% है। स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से लोड किए गए एंटीना के लिए, ये पैरामीटर 6GHz बैंड में क्रमशः 4dBi - 81.2% और 4.4dBi - 83% हैं। मोनोपोल एंटीना पर एक मिलान लोड के रूप में स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर को लागू करके, 2.9GHz ~ 6.41GHz और 2.6GHz ~ 6.6GHz बैंड को क्रमशः 75.4% और ~ 87% के आंशिक बैंडविड्थ के अनुरूप समर्थित किया जा सकता है।

चित्र 7. स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर से लोड किए गए दो ब्रॉडबैंड एंटेना।

जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है, कॉम्पैक्ट प्रिंटेड मोनोपोल एंटीना के प्रायोगिक परिणाम दर्शाए गए हैं। जब S11≤- 10 dB होता है, तो ऑपरेटिंग बैंडविड्थ 185% (0.115-2.90 GHz) होती है, और 1.45 GHz पर, पीक गेन और रेडिएशन दक्षता क्रमशः 2.35 dBi और 78.8% होती है। एंटीना का लेआउट एक बैक-टू-बैक त्रिकोणीय शीट संरचना के समान है, जिसे एक वक्रीय पावर डिवाइडर द्वारा फीड किया जाता है। काटे गए GND में फीडर के नीचे एक केंद्रीय स्टब होता है, और इसके चारों ओर चार खुले अनुनाद वलय वितरित होते हैं, जो एंटीना की बैंडविड्थ को चौड़ा करते हैं। एंटीना लगभग सर्वदिशात्मक रूप से विकिरण करता है, अधिकांश VHF और S बैंड, और सभी UHF और L बैंड को कवर करता है। एंटीना का भौतिक आकार 48.32×43.72×0.8 मिमी3 है, और विद्युत आकार 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0 है। इसके छोटे आकार और कम लागत के फायदे हैं, और ब्रॉडबैंड वायरलेस संचार प्रणालियों में इसके अनुप्रयोग की संभावनाएँ भी हैं।

चित्र 8: स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से लोड किया गया मोनोपोल एंटीना।

चित्र 9 एक समतलीय एंटीना संरचना दर्शाता है जिसमें दो युग्म परस्पर जुड़े हुए विसर्पी तार लूप हैं जो दो विआस के माध्यम से एक कटे हुए T-आकार के ग्राउंड प्लेन से जुड़े हैं। एंटीना का आकार 38.5×36.6 मिमी² (0.070λ0×0.067λ0) है, जहाँ λ0 0.55 GHz की मुक्त आकाश तरंगदैर्ध्य है। एंटीना 0.55 ~ 3.85 GHz के ऑपरेटिंग आवृत्ति बैंड में E-प्लेन में सर्वदिशात्मक रूप से विकिरण करता है, जिसका अधिकतम लाभ 2.35 GHz पर 5.5dBi और दक्षता 90.1% है। ये विशेषताएँ प्रस्तावित एंटीना को विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती हैं, जिनमें UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi और ब्लूटूथ शामिल हैं।

चित्र 9 प्रस्तावित समतलीय एंटीना संरचना।

2. लीकी वेव एंटीना (LWA)
नया लीकी वेव एंटीना कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल को साकार करने के मुख्य अनुप्रयोगों में से एक है। लीकी वेव एंटीना के लिए, विकिरण कोण (θm) और अधिकतम बीम चौड़ाई (Δθ) पर कला स्थिरांक β का प्रभाव इस प्रकार है:

L ऐन्टेना की लंबाई है, k0 मुक्त स्थान में तरंग संख्या है, और λ0 मुक्त स्थान में तरंगदैर्घ्य है। ध्यान दें कि विकिरण केवल तभी होता है जब |β|

3. शून्य-क्रम अनुनाद एंटीना
सीआरएलएच मेटामटेरियल का एक अनूठा गुण यह है कि जब आवृत्ति शून्य के बराबर नहीं होती है तब β 0 हो सकता है। इस गुण के आधार पर, एक नया शून्य-क्रम अनुनादक (ZOR) उत्पन्न किया जा सकता है। जब β शून्य होता है, तो पूरे अनुनादक में कोई कला परिवर्तन नहीं होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि कला परिवर्तन स्थिरांक φ = - βd = 0 है। इसके अलावा, अनुनाद केवल प्रतिक्रियाशील भार पर निर्भर करता है और संरचना की लंबाई से स्वतंत्र होता है। चित्र 10 दर्शाता है कि प्रस्तावित एंटीना ई-आकार के साथ दो और तीन इकाइयों को लागू करके तैयार किया गया है, और कुल आकार क्रमशः 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 और 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 है, जहां λ0 क्रमशः 500 मेगाहर्ट्ज और 650 मेगाहर्ट्ज की ऑपरेटिंग आवृत्तियों पर मुक्त स्थान की तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व करता है। यह एंटीना 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) और 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) की आवृत्तियों पर संचालित होता है, जिनकी सापेक्ष बैंडविड्थ क्रमशः 91.9% और 96.0% है। छोटे आकार और विस्तृत बैंडविड्थ की विशेषताओं के अलावा, पहले और दूसरे एंटीना का लाभ और दक्षता क्रमशः 5.3dBi और 85% (1GHz) और 5.7dBi और 90% (1.4GHz) है।

चित्र 10 प्रस्तावित डबल-ई और ट्रिपल-ई एंटीना संरचनाएं।

4. स्लॉट एंटीना
सीआरएलएच-एमटीएम एंटीना के एपर्चर को बड़ा करने के लिए एक सरल विधि प्रस्तावित की गई है, लेकिन इसका एंटीना आकार लगभग अपरिवर्तित है। जैसा कि चित्र 11 में दिखाया गया है, एंटीना में एक दूसरे पर लंबवत खड़ी सीआरएलएच इकाइयां शामिल हैं, जिनमें पैच और मेन्डर लाइनें हैं, और पैच पर एक एस-आकार का स्लॉट है। एंटीना को सीपीडब्ल्यू मिलान स्टब द्वारा खिलाया जाता है, और इसका आकार 17.5 मिमी × 32.15 मिमी × 1.6 मिमी है, जो 0.204λ0 × 0.375λ0 × 0.018λ0 के अनुरूप है, जहां λ0 (3.5GHz) मुक्त स्थान की तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व करता है। परिणाम बताते हैं कि एंटीना 0.85-7.90GHz के आवृत्ति बैंड में संचालित होता है, और इसकी ऑपरेटिंग बैंडविड्थ 161.14% है