2. Applicazione di MTM-TL in Sistemi d'Antenne
Questa sezione si cuncentrerà nantu à i TL metamateriali artificiali è alcune di e so applicazioni più cumuni è pertinenti per a realizazione di varie strutture d'antenna cù bassu costu, fabricazione faciule, miniaturizazione, larga larghezza di banda, altu guadagnu è efficienza, capacità di scansione à larga gamma è bassu prufilu. Sò discussi quì sottu.
1. Antenne à banda larga è multifrequenza
In un TL tipicu cù una lunghezza di l, quandu a frequenza angulare ω0 hè data, a lunghezza elettrica (o fase) di a linea di trasmissione pò esse calculata cusì:
Induve vp rapprisenta a velocità di fase di a linea di trasmissione. Cum'è si pò vede da sopra, a larghezza di banda currisponde strettamente à u ritardu di gruppu, chì hè a derivata di φ in rispettu à a frequenza. Dunque, quandu a lunghezza di a linea di trasmissione diventa più corta, a larghezza di banda diventa ancu più larga. In altre parole, ci hè una relazione inversa trà a larghezza di banda è a fase fundamentale di a linea di trasmissione, chì hè specifica di u cuncepimentu. Questu mostra chì in i circuiti distribuiti tradiziunali, a larghezza di banda operativa ùn hè micca faciule da cuntrullà. Questu pò esse attribuitu à e limitazioni di e linee di trasmissione tradiziunali in termini di gradi di libertà. Tuttavia, l'elementi di carica permettenu di utilizà parametri supplementari in TL metamateriali, è a risposta di fase pò esse cuntrullata finu à un certu puntu. Per aumentà a larghezza di banda, hè necessariu avè una pendenza simile vicinu à a frequenza operativa di e caratteristiche di dispersione. U TL metamateriale artificiale pò ottene questu scopu. Basatu annantu à questu approcciu, parechji metudi per migliurà a larghezza di banda di l'antenne sò pruposti in l'articulu. I studiosi anu cuncipitu è fabricatu duie antenne à banda larga caricate cù risonatori à anellu divisu (vede Figura 7). I risultati mostrati in a Figura 7 mostranu chì dopu avè caricatu u risonatore à anellu divisu cù l'antenna monopolare cunvinziunale, un modu di bassa frequenza di risonanza hè eccitatu. A dimensione di u risonatore à anellu divisu hè ottimizzata per ottene una risonanza vicina à quella di l'antenna monopolare. I risultati mostranu chì quandu e duie risonanze coincidenu, e caratteristiche di larghezza di banda è di radiazione di l'antenna sò aumentate. A lunghezza è a larghezza di l'antenna monopolare sò 0,25λ0 × 0,11λ0 è 0,25λ0 × 0,21λ0 (4 GHz), rispettivamente, è a lunghezza è a larghezza di l'antenna monopolare caricata cù un risonatore à anellu divisu sò 0,29λ0 × 0,21λ0 (2,9 GHz), rispettivamente. Per l'antenna cunvinziunale in forma di F è l'antenna in forma di T senza risonatore à anellu divisu, u guadagnu è l'efficienza di radiazione più alti misurati in a banda 5 GHz sò 3,6 dBi - 78,5% è 3,9 dBi - 80,2%, rispettivamente. Per l'antenna caricata cù un risonatore à anellu divisu, sti parametri sò 4dBi - 81,2% è 4,4dBi - 83%, rispettivamente, in a banda di 6 GHz. Implementendu un risonatore à anellu divisu cum'è un caricu currispundente nantu à l'antenna monopolare, e bande 2,9 GHz ~ 6,41 GHz è 2,6 GHz ~ 6,6 GHz ponu esse supportate, currispundendu à larghezze di banda frazziunali di 75,4% è ~ 87%, rispettivamente. Sti risultati mostranu chì a larghezza di banda di misurazione hè migliorata di circa 2,4 volte è 2,11 volte paragunata à l'antenne monopolare tradiziunali di dimensione apprussimativamente fissa.
Figura 7. Dui antenne à banda larga caricate cù risonatori à anellu divisu.
Cum'è mostratu in a Figura 8, sò mostrati i risultati sperimentali di l'antenna monopolare stampata compatta. Quandu S11≤- 10 dB, a larghezza di banda operativa hè 185% (0,115-2,90 GHz), è à 1,45 GHz, u guadagnu di piccu è l'efficienza di radiazione sò 2,35 dBi è 78,8%, rispettivamente. A disposizione di l'antenna hè simile à una struttura di foglia triangolare schiena à schiena, chì hè alimentata da un divisore di putenza curvilineu. U GND troncatu cuntene un stub centrale piazzatu sottu à l'alimentatore, è quattru anelli risonanti aperti sò distribuiti intornu à ellu, ciò chì allargisce a larghezza di banda di l'antenna. L'antenna irradia quasi omnidirezionalmente, coprendu a maiò parte di e bande VHF è S, è tutte e bande UHF è L. A dimensione fisica di l'antenna hè 48,32 × 43,72 × 0,8 mm3, è a dimensione elettrica hè 0,235λ0 × 0,211λ0 × 0,003λ0. Hà i vantaghji di a piccula dimensione è di u bassu costu, è hà potenziali prospettive d'applicazione in i sistemi di cumunicazione senza filu à banda larga.
Figura 8: Antenna monopolare caricata cù un risonatore à anellu divisu.
A figura 9 mostra una struttura d'antenna planare custituita da duie coppie di circuiti di filu meandri interconnessi cunnessi à terra à un pianu di terra in forma di T troncatu attraversu duie vie. A dimensione di l'antenna hè 38,5 × 36,6 mm2 (0,070λ0 × 0,067λ0), induve λ0 hè a lunghezza d'onda di u spaziu liberu di 0,55 GHz. L'antenna irradia omnidirezionalmente in u pianu E in a banda di frequenza operativa di 0,55 ~ 3,85 GHz, cù un guadagnu massimu di 5,5 dBi à 2,35 GHz è una efficienza di 90,1%. Queste caratteristiche rendenu l'antenna pruposta adatta per varie applicazioni, cumprese UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi è Bluetooth.
Fig. 9 Struttura di l'antenna planare pruposta.
2. Antenna à onda permeabile (LWA)
A nova antenna à onda dispersa hè una di e principali applicazioni per a realizazione di TL metamateriale artificiale. Per l'antenne à onda dispersa, l'effettu di a costante di fase β nantu à l'angulu di radiazione (θm) è a larghezza massima di u fasciu (Δθ) hè u seguente:
L hè a lunghezza di l'antenna, k0 hè u numeru d'onda in u spaziu liberu, è λ0 hè a lunghezza d'onda in u spaziu liberu. Nutate bè chì a radiazione si verifica solu quandu |β|
3. Antenna risonante di ordine zero
Una pruprietà unica di u metamateriale CRLH hè chì β pò esse 0 quandu a frequenza ùn hè micca uguale à zeru. Basatu annantu à sta pruprietà, un novu risonatore d'ordine zeru (ZOR) pò esse generatu. Quandu β hè zeru, ùn si verifica alcun cambiamentu di fase in tuttu u risonatore. Questu hè perchè a costante di cambiamentu di fase φ = - βd = 0. Inoltre, a risonanza dipende solu da u caricu reattivu è hè indipendente da a lunghezza di a struttura. A Figura 10 mostra chì l'antenna pruposta hè fabbricata applicendu duie è trè unità cù forma di E, è a dimensione tutale hè 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 è 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, rispettivamente, induve λ0 rapprisenta a lunghezza d'onda di u spaziu liberu à frequenze operative di 500 MHz è 650 MHz, rispettivamente. L'antenna funziona à frequenze di 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) è 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), cù larghezze di banda relative di 91,9% è 96,0%. In più di e caratteristiche di piccula dimensione è larga larghezza di banda, u guadagnu è l'efficienza di a prima è a seconda antenne sò rispettivamente 5,3dBi è 85% (1 GHz) è 5,7dBi è 90% (1,4 GHz).
Fig. 10 Strutture d'antenna à doppia E è tripla E pruposte.
4. Antenna à fessura
Un metudu simplice hè statu prupostu per allargà l'apertura di l'antenna CRLH-MTM, ma a so dimensione di l'antenna hè guasi invariata. Cum'è mostratu in a Figura 11, l'antenna include unità CRLH impilate verticalmente l'una nantu à l'altra, chì cuntenenu patch è linee di meandru, è ci hè una fessura in forma di S nantu à u patch. L'antenna hè alimentata da un stub di currispundenza CPW, è a so dimensione hè 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, currispondente à 0,204λ0 × 0,375λ0 × 0,018λ0, induve λ0 (3,5 GHz) rapprisenta a lunghezza d'onda di u spaziu liberu. I risultati mostranu chì l'antenna opera in a banda di frequenza di 0,85-7,90 GHz, è a so larghezza di banda operativa hè di 161,14%. U guadagnu di radiazione è l'efficienza più alti di l'antenna appariscenu à 3,5 GHz, chì sò 5,12 dBi è ~ 80%, rispettivamente.
Fig. 11 L'antenna à fessura CRLH MTM pruposta.
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Data di publicazione: 30 d'aostu 2024
