News - Eng Iwwerpréiwung vun Transmissiounslinnantennen baséiert op Metamaterialien (Deel 2)

2. Uwendung vun MTM-TL an Antenne Systemer
Dës Sektioun konzentréiert sech op kënschtlech metamaterial TLs an e puer vun hiren allgemengsten an relevanten Uwendungen fir verschidde Antennestrukturen mat niddrege Käschten ze realiséieren, einfach Fabrikatioun, Miniaturiséierung, breet Bandbreedung, héije Gewënn an Effizienz, breet Palette Scannenfäegkeet an niddereg Profil. Si ginn ënnert diskutéiert.

1. Breetband a Multi-Frequenz Antennen
An engem typeschen TL mat enger Längt vun l, wann d'Wénkelfrequenz ω0 uginn ass, kann d'elektresch Längt (oder Phas) vun der Iwwerdroungslinn wéi follegt berechent ginn:

Wou vp d'Phasgeschwindegkeet vun der Iwwerdroungslinn duerstellt. Wéi aus dem uewe gesi ka ginn, entsprécht d'Bandbreedung entsprécht der Gruppverzögerung, wat d'Derivat vu φ mat der Frequenz ass. Dofir, wéi d'Transmissiounslinnlängt méi kuerz gëtt, gëtt d'Bandbreed och méi breet. An anere Wierder, et gëtt eng invers Relatioun tëscht der Bandbreedung an der fundamentaler Phas vun der Iwwerdroungslinn, déi designspezifesch ass. Dëst weist datt an traditionell verdeelt Circuiten d'Bandbreedung vun der Operatioun net einfach ass ze kontrolléieren. Dëst kann un d'Aschränkungen vun traditionelle Transmissiounslinnen a punkto Fräiheetsgraden zougeschriwwen ginn. Wéi och ëmmer, Luedeelementer erlaben zousätzlech Parameteren an metamaterial TLs ze benotzen, an d'Phasreaktioun kann zu engem gewësse Mooss kontrolléiert ginn. Fir d'Bandbreedung z'erhéijen, ass et néideg en ähnlechen Hang no bei der Operatiounsfrequenz vun den Dispersiounseigenschaften ze hunn. Kënschtlech Metamaterial TL kann dëst Zil erreechen. Baséierend op dëser Approche gi vill Methoden fir d'Bandbreedung vun den Antennen ze verbesseren am Pabeier proposéiert. Geléiert hunn zwee Breetbandantennen entworf a fabrizéiert, déi mat Splitringresonatoren gelueden sinn (kuckt Figur 7). D'Resultater gewisen an der Figur 7 weisen datt no der Luede vum Splitringresonator mat der konventioneller Monopolantenne e Low-Resonanzfrequenzmodus opgereegt gëtt. D'Gréisst vum Splitringresonator ass optimiséiert fir eng Resonanz no bei där vun der Monopolantenne z'erreechen. D'Resultater weisen datt wann déi zwou Resonanzen zesummekommen, d'Bandbreedung an d'Strahlungseigenschaften vun der Antenne erhéicht ginn. D'Längt an d'Breet vun der Monopolantenne sinn 0,25λ0 × 0,11λ0 respektiv 0,25λ0 × 0,21λ0 (4GHz), an d'Längt an d'Breet vun der Monopolantenne, déi mat engem Splitringresonator gelueden ass, sinn 0,29λ0 × 0,29λz (21λ0 × 0,21GHz) ), respektiv. Fir déi konventionell F-förmlech Antenne an T-gebuerene Antenne ouni Spaltringresonator, sinn déi héchste Gewënn a Stralungseffizienz gemooss an der 5GHz Band 3.6dBi - 78.5% an 3.9dBi - 80.2%, respektiv. Fir d'Antenne gelueden mat engem gesplécktem Ringresonator, sinn dës Parameteren 4dBi - 81,2% respektiv 4,4dBi - 83% an der 6GHz Band. Andeems Dir e Splitring-Resonator als passende Belaaschtung op der Monopolantenne implementéiert, kënnen d'2.9GHz ~ 6.41GHz an 2.6GHz ~ 6.6GHz Bands ënnerstëtzt ginn, entspriechend Fraktiounsbandbreedunge vu 75.4% respektiv ~87%. Dës Resultater weisen datt d'Miessbandbreedung ëm ongeféier 2,4 Mol an 2,11 Mol verbessert gëtt am Verglach mat traditionelle Monopolantennen vun ongeféier fixer Gréisst.

Figur 7. Zwee Breetband Antennen mat Spaltring resonators gelueden.

Wéi an der Figur 8 gewisen, ginn d'experimentell Resultater vun der kompakt gedréckter Monopoleantenne gewisen. Wann S11≤- 10 dB, ass d'Betribsbandbreedung 185% (0,115-2,90 GHz), a bei 1,45 GHz sinn de Peakgewënn a Stralungseffizienz 2,35 dBi respektiv 78,8%. De Layout vun der Antenne ass ähnlech wéi eng Réck-zu-Réck dräieckeger Blatstruktur, déi duerch e curvilinear Kraaftdeeler gefüttert gëtt. De ofgeschniddene GND enthält en zentrale Stëpp deen ënner dem Feeder plazéiert ass, a véier oppe Resonanzringen si ronderëm verdeelt, wat d'Bandbreedung vun der Antenne erweidert. D'Antenne straalt bal omnidirektional aus, deckt déi meescht vun de VHF- a S-Bands, an all UHF- a L-Bands. Déi kierperlech Gréisst vun der Antenne ass 48,32 × 43,72 × 0,8 mm3, an d'elektresch Gréisst ass 0,235λ0 × 0,211λ0 × 0,003λ0. Et huet d'Virdeeler vu klenger Gréisst a niddrege Käschten, an huet potenziell Applikatiounsperspektiven a Breetband drahtlose Kommunikatiounssystemer.

Figur 8: Monopole Antenne mat Spaltring Resonator gelueden.

Figur 9 weist eng planar Antenne Struktur aus zwee Puer vun interconnected meander Drot Schleifen, déi zu engem ofgeschnidden T-gebuerene Buedem Fliger duerch zwee vias gebass. D'Antennegréisst ass 38,5 × 36,6 mm2 (0,070λ0 × 0,067λ0), wou λ0 d'Fräiraumwellelängt vun 0,55 GHz ass. D'Antenne strahlt omnidirektional am E-Fliger an der Operatiounsfrequenzband vun 0,55 ~ 3,85 GHz, mat engem maximale Gewënn vu 5,5dBi bei 2,35GHz an enger Effizienz vun 90,1%. Dës Funktiounen maachen déi proposéiert Antenne gëeegent fir verschidden Uwendungen, dorënner UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi a Bluetooth.

Fig. 9 Proposéiert planar Antenne Struktur.

2. Leaky Wave Antenne (LWA)
Déi nei leaky Wave Antenne ass eng vun den Haaptapplikatiounen fir kënschtlech Metamaterial TL ze realiséieren. Fir Leckwellenantennen ass den Effekt vun der Phasekonstant β op de Stralungswinkel (θm) an déi maximal Strahlbreet (Δθ) wéi follegt:

L ass d'Antennelängt, k0 ass d'Wellenzuel am fräie Raum, an λ0 ass d'Wellelängt am fräie Raum. Bedenkt datt Stralung nëmmen geschitt wann |β|

3. Null-Uerdnung resonatorantenne
Eng eenzegaarteg Eegeschafte vum CRLH Metamaterial ass datt β 0 ka sinn wann d'Frequenz net gläich ass null. Baséiert op dëser Propriétéit, kann en neien null-Commande resonator (ZOR) generéiert ginn. Wann β null ass, geschitt keng Phaseverschiebung am ganze Resonator. Dëst ass well d'Phaseverschiebungskonstante φ = - βd = 0. Ausserdeem hänkt d'Resonanz nëmmen vun der reaktiver Belaaschtung of an ass onofhängeg vun der Längt vun der Struktur. Figur 10 weist datt d'proposéiert Antenne fabrizéiert gëtt andeems zwee an dräi Eenheeten mat E-Form applizéiert ginn, an d'Gesamtgréisst ass 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 an 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, respektiv de λ0th, respektiv de λ0. fräi Plaz beim Betrib Frequenzen vun 500 MHz respektiv 650 MHz. D'Antenne funktionnéiert op Frequenzen vun 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) an 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), mat relativen Bandbreedungen vun 91,9% an 96,0%. Zousätzlech zu de Charakteristike vu klenger Gréisst a breet Bandbreedung sinn de Gewënn an d'Effizienz vun der éischter an zweeter Antennen 5.3dBi an 85% (1GHz) an 5.7dBi an 90% (1.4GHz), respektiv.

Figur 10 Proposéiert duebel-E an Triple-E Antenne Strukturen.

4. Slot Antenne
Eng einfach Method gouf proposéiert fir d'Blend vun der CRLH-MTM Antenne ze vergréisseren, awer seng Antennegréisst ass bal onverännert. Wéi an der Figur 11 gewisen, enthält d'Antenne CRLH-Eenheeten déi vertikal openee gestapelt sinn, déi Patches a Meanderlinnen enthalen, an et gëtt e S-förmleche Slot op de Patch. D'Antenne gëtt vun engem CPW passende Stëbs gefiddert, a seng Gréisst ass 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, entspriechend 0,204λ0 × 0,375λ0 × 0,018λ0, wou λ0 (3,5GHz) d'Wellelängt vum fräie Raum duerstellt. D'Resultater weisen datt d'Antenne an der Frequenzband vun 0,85-7,90GHz funktionnéiert, a seng Operatiounsbandbreedung ass 161,14%. Den héchste Stralungsgewënn an Effizienz vun der Antenne erschéngen bei 3.5GHz, déi 5.12dBi respektiv ~80% sinn.