2. Uwendung vun MTM-TL an Antennesystemer
Dës Sektioun konzentréiert sech op künstlech Metamaterial-TLs an e puer vun hiren heefegsten an relevantsten Uwendungen fir d'Realisatioun vu verschiddenen Antennenstrukturen mat niddrege Käschten, einfacher Fabrikatioun, Miniaturiséierung, breeder Bandbreet, héijem Verstärkungsgrad an Effizienz, breeder Scanfäegkeet a niddregem Profil. Si ginn hei ënnendrënner diskutéiert.
1. Breitband- an Multifrequenzantennen
An enger typescher TL mat enger Längt vun l, wann d'Wénkelfrequenz ω0 uginn ass, kann d'elektresch Längt (oder Phas) vun der Transmissiounsleitung wéi follegt berechent ginn:
Woubei vp d'Phasengeschwindegkeet vun der Transmissiounsleitung representéiert. Wéi aus dem uewe genannten ze gesinn ass, entsprécht d'Bandbreet enk der Gruppenverzögerung, déi d'Ofleedung vu φ a Bezuch op d'Frequenz ass. Dofir gëtt d'Bandbreet och méi breet, wa méi kuerz d'Längt vun der Transmissiounsleitung gëtt. An anere Wierder gëtt et eng invers Relatioun tëscht der Bandbreet an der Grondphase vun der Transmissiounsleitung, déi designspezifesch ass. Dëst weist, datt an traditionellen verdeelte Schaltkreesser d'Betribsbandbreet net einfach ze kontrolléieren ass. Dëst kann op d'Limitatioune vun traditionellen Transmissiounsleitungen a punkto Fräiheetsgrad zréckgefouert ginn. Wéi och ëmmer, erlaben d'Laaschtelementer d'Benotzung vun zousätzleche Parameteren a Metamaterial-TLs, an d'Phasenantwort kann bis zu engem gewësse Grad kontrolléiert ginn. Fir d'Bandbreet ze erhéijen, ass et néideg eng ähnlech Steigung no bei der Betribsfrequenz vun den Dispersiounscharakteristiken ze hunn. Kënschtlecht Metamaterial-TL kann dëst Zil erreechen. Baséierend op dësem Usaz ginn an der Publikatioun vill Methoden fir d'Bandbreet vun Antennen ze verbesseren virgeschloen. Wëssenschaftler hunn zwou Breitbandantennen entworf a fabrizéiert, déi mat Split-Ring-Resonatoren gelueden sinn (kuckt Figur 7). D'Resultater, déi an der Figur 7 gewisen sinn, weisen datt nodeems de Split-Ring-Resonator mat der konventioneller Monopol-Antenn belueden gouf, e Modus mat niddreger Resonanzfrequenz ugereegt gëtt. D'Gréisst vum Split-Ring-Resonator ass optimiséiert fir eng Resonanz z'erreechen, déi no bei där vun der Monopol-Antenn läit. D'Resultater weisen datt wann déi zwou Resonanzen zesummefalen, d'Bandbreet an d'Stralungseigenschaften vun der Antenn erhéicht ginn. D'Längt an d'Breet vun der Monopol-Antenn sinn 0,25λ0×0,11λ0 respektiv 0,25λ0×0,21λ0 (4GHz), an d'Längt an d'Breet vun der Monopol-Antenn, déi mat engem Split-Ring-Resonator belueden ass, sinn 0,29λ0×0,21λ0 (2,9GHz). Fir déi konventionell F-fërmeg Antenn an T-fërmeg Antenn ouni Split-Ring-Resonator sinn déi héchst Verstärkung an d'Stralungseffizienz, déi am 5GHz-Band gemooss goufen, 3,6dBi - 78,5% respektiv 3,9dBi - 80,2%. Fir d'Antenn, déi mat engem Split-Ring-Resonator gelueden ass, sinn dës Parameteren 4dBi - 81,2% a 4,4dBi - 83% am 6GHz-Band. Duerch d'Implementatioun vun engem Split-Ring-Resonator als Upassungsbelaaschtung op der Monopol-Antenn kënnen d'Bänner 2,9GHz ~ 6,41GHz an 2,6GHz ~ 6,6GHz ënnerstëtzt ginn, wat Fraktiounsbandbreite vun 75,4% respektiv ~87% entsprécht. Dës Resultater weisen, datt d'Miessbandbreet ëm ongeféier 2,4-fach respektiv 2,11-fach verbessert gëtt am Verglach mat traditionelle Monopol-Antennen mat ongeféier fester Gréisst.
Figur 7. Zwee Breitbandantennen, déi mat Split-Ring-Resonatoren gelueden sinn.
Wéi an der Figur 8 gewisen, sinn d'experimentell Resultater vun der kompakter gedréckter Monopolantenn gewisen. Wann S11 ≤- 10 dB ass, ass d'Betribsbandbreet 185% (0,115-2,90 GHz), a bei 1,45 GHz sinn de Spëtzeverstärkungsgrad an d'Stralungseffizienz 2,35 dBi respektiv 78,8%. D'Layout vun der Antenn ass ähnlech wéi eng dräieckeg Blechstruktur, déi vun engem kromme Stroumteiler gespeist gëtt. Déi ofgeschnidden GND enthält e zentralen Stëbs, deen ënner dem Feeder placéiert ass, a véier oppe Resonanzréng sinn ronderëm verdeelt, wat d'Bandbreet vun der Antenn erweidert. D'Antenn straalt bal omnidirektional aus a deckt déi meescht VHF- a S-Bänner, an all UHF- a L-Bänner of. Déi physikalesch Gréisst vun der Antenn ass 48,32 × 43,72 × 0,8 mm3, an déi elektresch Gréisst ass 0,235λ0 × 0,211λ0 × 0,003λ0. Et huet d'Virdeeler vun enger klenger Gréisst a niddrege Käschten, a potenziell Uwendungsméiglechkeeten a Breitband-drahtlose Kommunikatiounssystemer.
Figur 8: Monopolantenn mat engem Split-Ringresonator gelueden.
Figur 9 weist eng planar Antennestruktur, déi aus zwee Puer matenee verbonnenen Meanderdrotschleifen besteet, déi iwwer zwou Viaen un eng ofgeschnidden T-fërmeg Massefläch geerdet sinn. D'Antennegréisst ass 38,5 × 36,6 mm2 (0,070λ0 × 0,067λ0), wou λ0 d'Wellenlängt am fräie Raum vun 0,55 GHz ass. D'Antenne straalt omnidirektional an der E-Fläch am Betribsfrequenzband vun 0,55 ~ 3,85 GHz aus, mat engem maximale Gewënn vu 5,5 dBi bei 2,35 GHz an enger Effizienz vun 90,1%. Dës Eegeschafte maachen déi proposéiert Antenne fir verschidden Uwendungen gëeegent, dorënner UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi a Bluetooth.
Fig. 9 Virgeschloe Struktur vun der planarer Antenn.
2. Leckwellenantenn (LWA)
Déi nei Leakwellenantenn ass eng vun den Haaptapplikatioune fir d'Realisatioun vun künstlechen Metamaterial-TL. Fir Leakwellenantennen ass den Effekt vun der Phasenkonstant β op de Stralungswénkel (θm) an déi maximal Strahlbreet (Δθ) wéi follegt:
L ass d'Antennlängt, k0 ass d'Wellenzuel am fräie Raum an λ0 ass d'Wellenlängt am fräie Raum. Et ass ze bemierken, datt Stralung nëmme geschitt, wann |β|
3. Nulluerdnungsresonatorantenn
Eng eenzegaarteg Eegeschaft vum CRLH-Metamaterial ass, datt β 0 ka sinn, wann d'Frequenz net gläich Null ass. Baséierend op dëser Eegeschaft kann en neie Nulluerdnungsresonator (ZOR) generéiert ginn. Wann β null ass, geschitt keng Phasenverschiebung am ganze Resonator. Dëst ass well d'Phasenverschiebungskonstant φ = - βd = 0 ass. Zousätzlech hänkt d'Resonanz nëmme vun der reaktiver Belaaschtung of an ass onofhängeg vun der Längt vun der Struktur. Figur 10 weist, datt déi proposéiert Antenn duerch d'Applikatioun vun zwou an dräi Eenheeten mat E-Form fabrizéiert gëtt, an d'Gesamtgréisst 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 respektiv 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0 ass, wou λ0 d'Wellenlängt vum fräie Raum bei Betribsfrequenzen vu 500 MHz respektiv 650 MHz representéiert. D'Antenn funktionéiert mat Frequenzen vun 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) an 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), mat relative Bandbreiten vun 91,9% an 96,0%. Nieft de Charakteristike vun der klenger Gréisst a breeder Bandbreet sinn de Gewënn an d'Effizienz vun der éischter an zweeter Antenn 5,3dBi an 85% (1GHz) an 5,7dBi an 90% (1,4GHz).
Fig. 10 Virgeschloe Duebel-E- an Dräifach-E-Antennenstrukturen.
4. Schlitzantenn
Eng einfach Method gouf virgeschloen fir d'Apertur vun der CRLH-MTM Antenn ze vergréisseren, awer hir Antenngréisst ass bal onverännert. Wéi an der Figur 11 gewisen, enthält d'Antenn CRLH-Eenheeten, déi vertikal openeen gestapelt sinn, déi Patches a Meanderlinnen enthalen, an et gëtt e S-fërmegen Schlitz um Patch. D'Antenn gëtt vun engem CPW-Upassungsstub gespeist, an hir Gréisst ass 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, wat 0,204λ0 × 0,375λ0 × 0,018λ0 entsprécht, wou λ0 (3,5 GHz) d'Wellenlängt vum fräie Raum representéiert. D'Resultater weisen, datt d'Antenn am Frequenzband vun 0,85-7,90 GHz funktionéiert, an hir Betribsbandbreet 161,14% ass. Déi héchst Stralungsgewënn an Effizienz vun der Antenn erschéngen bei 3,5 GHz, déi 5,12 dBi respektiv ~80% sinn.
Abb. 11 Déi proposéiert CRLH MTM-Slotantenn.
Fir méi iwwer Antennen ze léieren, gitt w.e.g. op:
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 30. August 2024
