2. एंटीना प्रणालियों में एमटीएम-टीएल का अनुप्रयोग
यह अनुभाग 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 कृत्रिम मेटामटेरियल टीएल और उनके कुछ सबसे आम और प्रासंगिक अनुप्रयोगों पर ध्यान केंद्रित करेगा। उनकी चर्चा नीचे की गई है।
1. ब्रॉडबैंड और मल्टी-फ़्रीक्वेंसी एंटेना
एल की लंबाई के साथ एक विशिष्ट टीएल में, जब कोणीय आवृत्ति ω0 दी जाती है, तो ट्रांसमिशन लाइन की विद्युत लंबाई (या चरण) की गणना निम्नानुसार की जा सकती है:
जहां वीपी ट्रांसमिशन लाइन के चरण वेग का प्रतिनिधित्व करता 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 ट्रांसमिशन लाइन की लंबाई छोटी होती जाती है, बैंडविड्थ भी व्यापक होती जाती है। दूसरे शब्दों में, बैंडविड्थ और ट्रांसमिशन लाइन के मूलभूत चरण के बीच एक विपरीत संबंध है, जो डिज़ाइन विशिष्ट है। इससे पता चलता है कि पारंपरिक वितरित सर्किट में, ऑपरेटिंग बैंडविड्थ को नियंत्रित करना आसान नहीं है। इसे स्वतंत्रता की डिग्री के संदर्भ में पारंपरिक ट्रांसमिशन 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 कुछ हद तक नियंत्रित किया जा सकता है। बैंडविड्थ 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 बढ़ाने के लिए कई तरीके प्रस्तावित हैं। विद्वानों ने स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से लोड किए गए दो ब्रॉडबैंड एंटेना को डिजाइन और निर्मित किया है (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 अनुनाद प्राप्त करने के लिए अनुकूलित किया गया है। नतीजे बताते हैं कि जब दो अनुनाद मेल खाते हैं, तो एंटीना की बैंडविड्थ और विकिरण विशेषताएं 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 के साथ लोड किए गए मोनोपोल एंटीना की लंबाई और चौड़ाई 0.29λ0×0.21λ0 (2.9GHz) है ), क्रमश। स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर के बिना पारंपरिक एफ-आकार वाले एंटीना और टी-आकार वाले एंटीना के लिए, 5GHz बैंड में मापा गया उच्चतम लाभ और विकिरण दक्षता क्रमशः 3.6dBi - 78.5% और 3.9dBi - 80.2% है। स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर के साथ 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 सपोर्ट किया जा सकता है, जो क्रमशः 75.4% और ~87% के फ्रैक्शनल बैंडविड्थ के अनुरूप है। इन परिणामों से पता चलता है कि माप बैंडविड्थ में लगभग निश्चित आकार के पारंपरिक मोनोपोल एंटेना की तुलना में लगभग 2.4 गुना और 2.11 गुना सुधार हुआ है।
चित्र 7. स्प्लिट-रिंग रेज़ोनेटर से लोड किए गए दो ब्रॉडबैंड एंटेना।
जैसा कि चित्र 8 में दिखाया गया है, कॉम्पैक्ट मुद्रित मोनोपोल एंटीना के प्रयोगात्मक परिणाम दिखाए गए हैं। जब S11≤- 10 dB, ऑपरेटिंग बैंडविड्थ 185% (0.115-2.90 GHz) है, और 1.45 GHz पर, अधिकतम लाभ और विकिरण दक्षता क्रमशः 2.35 dBi और 78.8% है। एंटीना का लेआउट बैक-टू-बैक त्रिकोणीय शीट संरचना के समान है, जो एक घुमावदार पावर डिवाइडर द्वारा संचालित होता है। काटे गए जीएनडी में फीडर के नीचे एक केंद्रीय स्टब रखा गया है, और इसके चारों ओर चार खुले गुंजयमान छल्ले वितरित किए गए हैं, जो एंटीना की बैंडविड्थ को चौड़ा करते हैं। ऐन्टेना लगभग सर्वदिशात्मक रूप से विकिरण करता है, अधिकांश वीएचएफ और एस बैंड और सभी यूएचएफ और एल 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 संभावित अनुप्रयोग संभावनाएं हैं।
चित्र 8: स्प्लिट रिंग रेज़ोनेटर से भरा हुआ मोनोपोल एंटीना।
चित्र 9 एक तलीय ऐन्टेना संरचना को दर्शाता है जिसमें दो जोड़ी परस्पर जुड़े हुए मेन्डर वायर लूप होते हैं जो दो वाया के माध्यम से एक काटे गए टी-आकार के ग्राउंड प्लेन पर आधारित होते हैं। एंटीना का आकार 38.5×36.6 मिमी2 (0.070λ0×0.067λ0) है, जहां λ0 0.55 गीगाहर्ट्ज़ की मुक्त स्थान तरंग दैर्ध्य है। एंटीना ई-प्लेन में 0.55 ~ 3.85 गीगाहर्ट्ज के ऑपरेटिंग फ्रीक्वेंसी बैंड में सर्वदिशात्मक रूप से विकिरण करता है, जिसमें 2.35 गीगाहर्ट्ज पर 5.5 डीबीआई का अधिकतम लाभ और 90.1% की दक्षता होती है। ये विशेषताएं प्रस्तावित एंटीना को यूएचएफ आरएफआईडी, जीएसएम 900, जीपीएस, केपीसीएस, डीसीएस, आईएमटी-2000, वाईमैक्स, वाईफाई और ब्लूटूथ सहित विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त बनाती हैं।
चित्र 9 प्रस्तावित तलीय 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 एंटेना 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 तरंग दैर्ध्य है। ध्यान दें कि विकिरण तभी होता है जब |β|
3. शून्य-क्रम गुंजयमान यंत्र एंटीना
सीआरएलएच मेटामटेरियल का एक अनूठा गुण यह है कि जब आवृत्ति शून्य के बराबर न हो तो β 0 हो सकता है। इस संपत्ति के आधार पर, एक नया शून्य-ऑर्डर रेज़ोनेटर (ZOR) उत्पन्न किया जा सकता है। जब β शून्य होता है, तो संपूर्ण अनुनादक में कोई चरण परिवर्तन नहीं होता है। ऐसा इसलिए है क्योंकि चरण बदलाव स्थिरांक φ = - βd = 0. इसके अलावा, अनुनाद केवल प्रतिक्रियाशील भार पर निर्भर करता है और संरचना की लंबाई से स्वतंत्र होता है। चित्र 10 से पता चलता 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 तरंग दैर्ध्य का प्रतिनिधित्व करता है 500 मेगाहर्ट्ज की ऑपरेटिंग आवृत्तियों पर खाली स्थान और क्रमशः 650 मेगाहर्ट्ज। एंटीना 0.5-1.35 गीगाहर्ट्ज (0.85 गीगाहर्ट्ज) और 0.65-1.85 गीगाहर्ट्ज (1.2 गीगाहर्ट्ज) की आवृत्तियों पर काम करता है, जिसमें सापेक्ष बैंडविड्थ 91.9% और 96.0% है। छोटे आकार और विस्तृत बैंडविड्थ की विशेषताओं के अलावा, पहले और दूसरे एंटेना 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 बढ़ाने के लिए एक सरल विधि प्रस्तावित की गई है, लेकिन इसके एंटीना का 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 रेखाएं होती हैं, और पैच पर एक एस-आकार का स्लॉट होता है। एंटीना को CPW 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 फ़्रीक्वेंसी बैंड में काम करता है, और इसकी ऑपरेटिंग बैंडविड्थ 161.14% है। ऐन्टेना का उच्चतम विकिरण लाभ और दक्षता 3.5GHz पर दिखाई देती है, जो क्रमशः 5.12dBi और ~80% है।
चित्र 11 प्रस्तावित सीआरएलएच एमटीएम स्लॉट एंटीना।
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पोस्ट करने का समय: अगस्त-30-2024
