2. एंटीना प्रणालियों में एमटीएम-टीएल का अनुप्रयोग
यह खंड कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल और कम लागत, आसान विनिर्माण, लघुकरण, विस्तृत बैंडविड्थ, उच्च लाभ और दक्षता, विस्तृत रेंज स्कैनिंग क्षमता और कम प्रोफ़ाइल के साथ विभिन्न एंटीना संरचनाओं को साकार करने के लिए उनके कुछ सबसे आम और प्रासंगिक अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करेगा। नीचे उनकी चर्चा की गई है।
1. ब्रॉडबैंड और बहु-आवृत्ति एंटेना
l लंबाई वाले एक विशिष्ट TL में, जब कोणीय आवृत्ति ω0 दी गई हो, तो ट्रांसमिशन लाइन की विद्युत लंबाई (या चरण) की गणना निम्न प्रकार से की जा सकती है:
जहाँ vp संचरण लाइन के चरण वेग को दर्शाता है। जैसा कि ऊपर से देखा जा सकता है, बैंडविड्थ समूह विलंब से निकटता से मेल खाता है, जो आवृत्ति के संबंध में φ का व्युत्पन्न है। इसलिए, जैसे-जैसे संचरण लाइन की लंबाई कम होती जाती है, बैंडविड्थ भी व्यापक होती जाती है। दूसरे शब्दों में, बैंडविड्थ और संचरण लाइन के मूल चरण के बीच एक व्युत्क्रम संबंध होता है, जो डिज़ाइन विशिष्ट होता है। यह दर्शाता है कि पारंपरिक वितरित सर्किट में, ऑपरेटिंग बैंडविड्थ को नियंत्रित करना आसान नहीं है। इसे स्वतंत्रता की डिग्री के संदर्भ में पारंपरिक संचरण लाइनों की सीमाओं के लिए जिम्मेदार ठहराया जा सकता है। हालाँकि, लोडिंग तत्व मेटामटेरियल टीएल में अतिरिक्त मापदंडों का उपयोग करने की अनुमति देते हैं, और चरण प्रतिक्रिया को एक निश्चित सीमा तक नियंत्रित किया जा सकता है। बैंडविड्थ को बढ़ाने के लिए, फैलाव विशेषताओं की ऑपरेटिंग आवृत्ति के पास एक समान ढलान होना आवश्यक है। कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल इस लक्ष्य को प्राप्त कर सकता है। इस दृष्टिकोण के आधार पर, पेपर में एंटेना की बैंडविड्थ को बढ़ाने के लिए कई तरीके प्रस्तावित किए गए हैं। विद्वानों ने स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से लोड किए गए दो ब्रॉडबैंड एंटेना डिज़ाइन और निर्मित किए हैं (चित्र 7 देखें)। चित्र 7 में दिखाए गए परिणाम बताते हैं कि पारंपरिक मोनोपोल एंटीना के साथ स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर को लोड करने के बाद, एक कम अनुनाद आवृत्ति मोड उत्तेजित होता है। स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर का आकार मोनोपोल एंटीना के करीब एक अनुनाद प्राप्त करने के लिए अनुकूलित किया गया है। परिणाम बताते हैं कि जब दो अनुनाद मेल खाते 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 मैचिंग 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 दिखाए गए हैं। जब S11≤- 10 dB होता है, तो ऑपरेटिंग बैंडविड्थ 185% (0.115-2.90 GHz) होता 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 घुमावदार पावर डिवाइडर द्वारा खिलाया जाता है। काटे गए GND में फीडर के नीचे एक केंद्रीय स्टब होता है, और इसके चारों ओर चार खुले अनुनाद रिंग वितरित किए जाते हैं, जो एंटीना की बैंडविड्थ को चौड़ा करते हैं। एंटीना लगभग सर्वदिशात्मक रूप से विकिरण करता है, जो 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। इसमें छोटे आकार और कम लागत के फायदे हैं, और ब्रॉडबैंड वायरलेस संचार प्रणालियों में इसके अनुप्रयोग की संभावनाएं हैं।
चित्र 8: स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से लोड किया गया मोनोपोल एंटीना।
चित्र 9 में एक समतलीय एंटीना संरचना दिखाई गई है जिसमें दो जोड़े परस्पर जुड़े हुए मेन्डर वायर लूप हैं जो दो विआस के माध्यम से एक कटे हुए टी-आकार के ग्राउंड प्लेन से जुड़े हुए हैं। एंटीना का आकार 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0) है, जहाँ λ0 0.55 GHz की मुक्त स्थान तरंगदैर्ध्य है। एंटीना 0.55 ~ 3.85 GHz के ऑपरेटिंग फ़्रीक्वेंसी बैंड में E-प्लेन में सर्वदिशात्मक रूप से विकिरण करता है, जिसमें 2.35GHz पर 5.5dBi का अधिकतम लाभ और 90.1% की दक्षता है। ये विशेषताएँ प्रस्तावित एंटीना को UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi और Bluetooth सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती हैं।
चित्र 9 प्रस्तावित समतलीय एंटीना संरचना।
2. लीकी वेव एंटीना (LWA)
नया लीकी वेव एंटीना कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल को साकार करने के लिए मुख्य अनुप्रयोगों में से एक है। लीकी वेव एंटीना के लिए, विकिरण कोण (θm) और अधिकतम बीम चौड़ाई (Δθ) पर चरण स्थिरांक β का प्रभाव इस प्रकार है:
L एंटीना 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 तो 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 चरण बदलाव नहीं होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि चरण बदलाव 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 दिखाता है कि प्रस्तावित एंटीना ई-आकार के साथ दो और तीन इकाइयों को लागू करके बनाया 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। एंटीना 0.5-1.35 गीगाहर्ट्ज (0.85 गीगाहर्ट्ज) और 0.65-1.85 गीगाहर्ट्ज (1.2 गीगाहर्ट्ज) की आवृत्तियों पर काम करता है, जिसकी सापेक्ष बैंडविड्थ 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 CPW मैचिंग स्टब द्वारा फीड किया 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 की आवृत्ति बैंड में संचालित होता है, और इसकी ऑपरेटिंग बैंडविड्थ 161.14% है। एंटीना का उच्चतम विकिरण लाभ और दक्षता 3.5GHz पर दिखाई देती है, जो क्रमशः 5.12dBi और ~ 80% है।
चित्र 11 प्रस्तावित सी.आर.एल.एच. एम.टी.एम. स्लॉट एंटीना।
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पोस्ट करने का समय: अगस्त-30-2024
