Panui - He Arotake mo nga Antenna Raina Whakawhiti Metamaterial

I. Kupu Whakataki
Ko nga metamaterials ka taea te korero pai hei hanga hangai hangai ki te whakaputa i etahi ahuatanga hiko karekau e noho maori. Ko nga metamaterial me te tukunga toraro me te urunga kino e kiia ana ko nga metamaterial maui (LHMs). Kua tino rangahaua nga LHM i roto i nga hapori putaiao me nga umanga miihini. I te tau 2003, ko nga LHM i whakaingoatia ko tetahi o te tekau tino angitu putaiao o naianei e te maheni Science. Kua whakawhanakehia nga tono hou, nga ariā, me nga taputapu ma te whakamahi i nga ahuatanga ahurei o nga LHM. Ko te huarahi whakawhiti (TL) he tikanga hoahoa whai hua ka taea hoki te wetewete i nga maataapono o nga LHM. Ka whakatauritea ki nga TL tuku iho, ko te ahuatanga tino nui o nga TL metamaterial ko te mana whakahaere o nga tawhā TL (te whakatö haere tonu) me te impedance ahuatanga. Ko te mana whakahaere o nga tawhā TL metamaterial e whakarato ana i nga whakaaro hou mo te hoahoa i nga hanganga antenna me te rahi kiato, teitei ake te mahi, me nga mahi hou. Ko te ahua 1 (a), (b), me (c) e whakaatu ana i nga tauira ara iahiko korekore o te raina tuku ma te ringa matau (PRH), te raina whakawhiti maui (PLH), me te raina whakawhiti maui-matau hiato ( CRLH), ia. E whakaatu ana i te Whakaahua 1(a), ko te tauira ara iahiko rite te PRH TL ko te tikanga he huinga o te inductance rangatū me te shunt capacitance. E whakaatu ana i te Whakaahua 1(b), ko te tauira ara iahiko PLH TL he huinga o te urunga shunt me te kaha o te raupapa. I roto i nga tono mahi, kaore e taea te whakatinana i te ara iahiko PLH. Ko te take tenei na te inductance raupapa parapara me te shunt capacitance kare e taea te karo. Na reira, ko nga ahuatanga o te raina whakawhiti maui ka taea te mohio i tenei wa ko nga hanganga katoa o te ringa maui me te ringa matau, penei i te Whakaahua 1(c).

Whakaahua 1 Nga tauira ara iahiko raina whakawhiti rereke

Ko te taurite whakatö (γ) o te raina tuku (TL) ka tohua hei: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), kei reira a Y me Z e tohu ana i te urunga me te impedance. Ma te whakaaro ki a CRLH-TL, Z me Y ka taea te whakaatu hei:

Ko te ahua o te CRLH TL e whai ake nei te hononga marara:

Ko te wahanga β tonu he tau tuturu, he tau pohewa noa ranei. Mēnā he pūmau tonu te β i roto i te awhe auau, kei roto i te awhe auau na te ahuatanga γ=jβ. I tetahi atu taha, mena he tau pohewa noa te β i roto i te awhe auau, kei roto i te awhe auau, he herenga aukati i roto i te awhe auau na te ahuatanga γ=α. He ahurei tenei whitiki aukati ki te CRLH-TL, karekau i te PRH-TL, PLH-TL ranei. Ko nga ahua 2 (a), (b), me (c) e whakaatu ana i nga pihi marara (ara, te hononga ω - β) o PRH-TL, PLH-TL, me CRLH-TL, ia. I runga i nga pihi marara, ka taea te whakaputa me te whakatau tata te tere roopu (vg=∂ω/∂β) me te tere wahanga (vp=ω/β) o te raina whakawhiti. Mo PRH-TL, ka taea hoki te whakatau mai i te ānau he whakarara te vg me te vp (arā, vpvg>0). Mo te PLH-TL, e whakaatu ana te pihinga ko te vg me te vp kaore i te whakarara (ara, vpvg<0). E whakaatu ana te anau marara o CRLH-TL i te noho o te rohe LH (arā, vpvg <0) me te rohe RH (arā, vpvg > 0). Ka kitea mai i te Whakaahua 2(c), mo te CRLH-TL, mena he tau tino parakore te γ, he roopu mutu.

Whakaahua 2 Nga pihi marara o nga raina whakawhiti rereke

I te nuinga o te wa, he rereke nga raupapa me nga resonances whakarara o te CRLH-TL, e kiia ana he ahua kore taurite. Heoi, ina he rite te rangatū me nga iarere whakarara whakarara, ka kiia ko te ahua taurite, ka whakaatuhia te tauira ara iahiko whakangāwari e rite ana ki te Whakaahua 3(a).

Whakaahua 3 Tauira iahiko me te ana mararatanga o te raina whakawhiti maui hiato

Ka piki haere te auau, ka piki haere nga ahuatanga marara o CRLH-TL. Na te mea ko te tere o te wahanga (arā, vp=ω/β) ka kaha ake te ti'aturi ki te auau. I nga waahi iti, ko te CRLH-TL te nuinga o te LH, i nga waahi teitei, ko te CRLH-TL te nuinga o te RH. Ko tenei e whakaatu ana i te ahua takirua o CRLH-TL. Ko te hoahoa marara CRLH-TL taurite e whakaatuhia ana i te Whakaahua 3(b). E whakaatu ana i te Whakaahua 3(b), ka puta te whakawhiti mai i te LH ki te RH i:

Ko te ω0 te auau whakawhiti. Na reira, i roto i te keehi taurite, ka puta te whakawhitinga maeneene mai i te LH ki te RH na te mea he tau pohewa noa te γ. No reira, karekau he here mo te marara CRLH-TL taurite. Ahakoa he kore te β i te ω0 (te hononga mutunga kore ki te roangaru arahina, ara, λg=2π/|β|), ka toha tonu te ngaru i te mea ehara te vg i te ω0 i te kore. Waihoki, i te ω0, he kore te nekehanga wahanga mo te TL o te roa d (arā, φ= - βd=0). Ko te ahunga whakamua (arā, φ>0) ka puta i te awhe auau LH (arā, ω<ω0), ā, ka puta te whakamuri o te wāhanga (arā, φ<0) ki te awhe auau RH (arā, ω>ω0). Mo te CRLH TL, ka whakaahuahia te ahua o te impedance e whai ake nei:

Ko te ZL me te ZR ko te PLH me te PRH impedances, ia. Mo te keehi kore taurite, ka whakawhirinaki te aukati ahuatanga ki te auau. Ko te wharite o runga ake e whakaatu ana ko te keehi taurite he motuhake mai i te auau, na reira ka taea te whai i te whanui whanui o te whanui. Ko te whārite TL i ahu mai i runga ake nei he rite ki nga tawhā hanga e tautuhi ana i te rauemi CRLH. Ko te taunga whakatö o TL ko γ=jβ=Sqrt(ZY). I runga i te taurite whakatö o te rawa (β=ω x Sqrt(εμ)), ka taea te whiwhi i te whärite e whai ake nei:

Waihoki, ko te impedance āhuatanga o TL, arā, Z0=Sqrt(ZY), he rite ki te impedance āhuatanga o te rauemi, arā, η=Sqrt(μ/ε), e kīia ana hei:

Ko te tohu tohu o te taurite me te kore taurite CRLH-TL (arā, n = cβ/ω) e whakaatuhia ana i te Whakaahua 4. I te Whakaaturanga 4, he kino te taurangi whakaata o te CRLH-TL i roto i tana awhe LH me te tohu tohu i roto i tana RH. he pai te awhe.

Fig. 4 Ko nga tohu tohu o te taurite me te kore taurite CRLH TLs.

1. whatunga LC
Ma te whakaheke i nga pūtau LC bandpass e whakaatuhia ana i te Whakaahua 5(a), ka taea te hanga i tetahi CRLH-TL angamaheni me te riterite o te roa d ka taea te hanga i ia waa, i ia waa ranei. I te nuinga o te waa, hei whakarite i te waatea o te tataunga me te hanga CRLH-TL, me huri te ara iahiko. Ka whakatauritea ki te tauira o te Whakaahua 1(c), karekau he rahi o te pūtau ara iahiko o te Whakaahua 5(a) he iti rawa te roa o te tinana (arā, Δz i mita). Ma te whakaaro ki tona roa hiko θ=Δφ (rad), ka taea te whakaatu i te wahanga o te pūtau LC. Heoi, kia tino mohio ai ki te inductance me te kaha, me whakatu he p roa tinana. Ko te kowhiringa o te hangarau tono (penei i te microstrip, coplanar waveguide, nga waahanga o te mata, me etahi atu) ka pa ki te rahi o te tinana o te pūtau LC. He rite te pūtau LC o te Whakaahua 5(a) ki te tauira pikinga o te Whakaahua 1(c), me tona tepe p=Δz→0. E ai ki te ahua orite p→0 i te Whakaahua 5(b), ka taea te hanga i tetahi TL (ma te whakaheke i nga pūtau LC) e rite ana ki te kakahu pai CRLH-TL me te roa d, kia rite te ahua o te TL ki nga ngaru hiko.

Whakaatu 5 CRLH TL i runga i te whatunga LC.

Mo te pūtau LC, me te whakaaro ki nga tikanga rohe rohe (PBC) he rite ki te kaupapa Bloch-Floquet, ka whakamatauhia te hononga marara o te pūtau LC me te whakaatu penei:

Ko te impedance rangatū (Z) me te urunga shunt (Y) o te pūtau LC ka whakatauhia e ngā whārite e whai ake nei:

I te mea he iti rawa te roa o te hiko o te iahiko LC, ka taea te whakamahi tatai a Taylor ki te whiwhi:

2. Whakatinana tinana
I te waahanga o mua, kua korerohia te whatunga LC ki te whakaputa CRLH-TL. Ko enei whatunga LC ka taea anake ma te tango i nga waahanga tinana ka taea te whakaputa i te kaha (CR me te CL) me te inductance (LR me te LL). I roto i nga tau tata nei, ko te tono o nga waahanga maramara o runga (SMT) nga waahanga kua tohatohahia ranei kua tino aro nui. Ka taea te whakamahi Microstrip, stripline, coplanar waveguide me etahi atu hangarau rite ki te mohio ki nga waahanga kua tohatohahia. He maha nga mea hei whakaaro i te wa e whiriwhiri ana i nga maramara SMT, i nga waahanga tohatoha ranei. Ko nga hanganga CRLH e ahu mai ana i te SMT he mea noa ake, he maamaa ake te whakatinana i runga i te tātari me te hoahoa. Ko te mea tenei na te waatea o nga waahanga maramara SMT i waho o te papa, kaore e hiahiatia te whakarereke me te hangahanga ki nga waahanga kua tohatohahia. Heoi, kua marara te waatea o nga waahanga SMT, a ko te nuinga o te waa ka mahi noa i nga waaiti iti (ara, 3-6GHz). Na reira, ko nga hanganga CRLH i runga i te SMT he iti nga awhe auau whakahaere me nga ahuatanga waahanga motuhake. Hei tauira, i roto i nga tono whakamaarama, kaore pea nga waahanga maramara SMT e taea. Ko te ahua 6 e whakaatu ana i te hanganga toha i runga i te CRLH-TL. Ko te hanganga ka kitea e te capacitance interdigital me nga raina poto iahiko, te hanga i te capacitance raupapa CL me te inductance whakarara LL o LH ia. Ko te kaha i waenga i te raina me te GND e kiia ana ko te RH capacitance CR, a, ko te inductance i hangaia e te rerenga autō i hangaia e te rere o naianei i roto i te hanganga interdigital ka kiia ko te RH inductance LR.