News - Una rivista di l'antenne di linea di trasmissione basatu nantu à metamateriali (Parte 2)

2. Applicazione di MTM-TL in Sistemi di Antenna
Questa sezione fucalizza nantu à i TL di metamateriali artificiali è alcune di e so applicazioni più cumuni è pertinenti per a realizazione di diverse strutture d'antenna cù un prezzu bassu, una fabricazione faciule, una miniaturizazione, una larghezza di banda larga, un altu guadagnu è efficienza, una capacità di scansione larga è un prufilu bassu. Sò discututi quì sottu.

1. Antenne di banda larga è multi-frequency
Dans un TL typique avec une longueur de l, lorsque la fréquence angulaire ω0 est donnée, la longueur électrique (ou phase) de la ligne de transmission peut être calculée comme suit :

Induve vp rapprisenta a velocità di fase di a linea di trasmissione. Comu pò esse vistu da quì sopra, a larghezza di banda currisponde strettamente à u ritardu di u gruppu, chì hè a derivativa di φ in quantu à a frequenza. Dunque, cum'è a lunghezza di a linea di trasmissione diventa più corta, a larghezza di banda diventa ancu più larga. In altri palori, ci hè una relazione inversa trà a larghezza di banda è a fase fundamentale di a linea di trasmissione, chì hè specifica di u disignu. Questu mostra chì in i circuiti tradiziunali distribuiti, a larghezza di banda operativa ùn hè micca faciule di cuntrullà. Questu pò esse attribuitu à e limitazioni di e linee di trasmissione tradiziunali in termini di gradi di libertà. In ogni casu, l'elementi di carica permettenu paràmetri supplementari per esse utilizati in TL di metamateriale, è a risposta di a fase pò esse cuntrullata in una certa misura. Per aumentà a larghezza di banda, hè necessariu avè una pendenza simile vicinu à a freccia operativa di e caratteristiche di dispersione. Metamateriale artificiale TL pò ghjunghje stu scopu. Basatu annantu à questu approcciu, parechji metudi per rinfurzà a larghezza di banda di l'antenne sò pruposti in u paper. I studiosi anu cuncepitu è fabbricatu duie antenne di banda larga caricate cù risonatori di split ring (vede a Figura 7). I risultati mostrati in a Figura 7 mostranu chì dopu avè caricatu u risonatore di l'anellu split cù l'antenna monopole convenzionale, un modu di freccia di risonanza bassa hè eccitatu. A dimensione di u risonatore di l'anellu split hè ottimizatu per ottene una risonanza vicinu à quella di l'antenna monopole. I risultati mostranu chì quandu i dui resonances coincidenu, l'ampiezza di banda è e caratteristiche di radiazione di l'antenna sò aumentati. A lunghezza è a larghezza di l'antenna monopole sò 0,25λ0×0,11λ0 è 0,25λ0×0,21λ0 (4GHz), rispettivamente, è a lunghezza è a larghezza di l'antenna monopole caricata cù un risonatore à anneau split sò 0,29λ0×0,21λ0 (2,9GHz). ), rispettivamente. Per l'antenna convenzionale in forma di F è l'antenna in forma di T senza un risonatore d'anellu split, u più altu guadagnu è l'efficienza di radiazione misurata in a banda 5GHz sò 3.6dBi - 78.5% è 3.9dBi - 80.2%, rispettivamente. Per l'antenna caricata cù un risonatore split ring, sti paràmetri sò 4dBi - 81.2% è 4.4dBi - 83%, rispettivamente, in a banda 6GHz. Implementendu un risonatore d'anellu split cum'è una carica currispondente à l'antenna monopole, e bande 2.9GHz ~ 6.41GHz è 2.6GHz ~ 6.6GHz ponu esse supportate, chì currispondenu à l'ampiezza di banda fraccionaria di 75.4% è ~ 87%, rispettivamente. Questi risultati mostranu chì a larghezza di banda di misurazione hè migliurata da circa 2,4 volte è 2,11 volte in paragunà à l'antenni monopoli tradiziunali di una dimensione apprussimatamente fissa.

Figura 7. Dui antenne di banda larga caricate cù risonatori split-ring.

Comu mostra in a Figura 8, i risultati spirimintali di l'antenna monopole stampata compacta sò mostrati. Quandu S11≤- 10 dB, a larghezza di banda operativa hè 185% (0,115-2,90 GHz), è à 1,45 GHz, u guadagnu di punta è l'efficienza di radiazione sò 2,35 dBi è 78,8%, rispettivamente. U layout di l'antenna hè simile à una struttura di foglia triangular back-to-back, chì hè alimentata da un divisore di putenza curvilinear. U GND truncatu cuntene un stub cintrali pusatu sottu à l'alimentatore, è quattru anelli risonanti aperti sò distribuiti intornu à questu, chì allarga a larghezza di banda di l'antenna. L'antenna irradia quasi omnidirezionale, copre 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. Havi i vantaghji di a piccula dimensione è u prezzu bassu, è hà potenziale prospettive di applicazione in sistemi di cumunicazione wireless a banda larga.

Figura 8: Antenna Monopole caricata cù risonatore di anello split.

A Figura 9 mostra una struttura d'antenna planare custituita da duie coppie di loops di fili meandri interconnessi à a terra à un pianu di terra troncatu in forma di T attraversu dui vias. 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 radiate omnidirectionally in u E-plane in a banda di freccia operativa di 0.55 ~ 3.85 GHz, cun un guadagnu massimu di 5.5dBi à 2.35GHz è una efficienza di 90.1%. Queste caratteristiche facenu l'antenna pruposta adatta per diverse applicazioni, cumprese UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi è Bluetooth.

Fig 9 Struttura di l'antenna planar pruposta.

2. Leaky Wave Antenna (LWA)
A nova antenna d'onda leaky hè una di l'applicazioni principali per a realizazione di metamateriali artificiali TL. Pour les antennes à ondes à fuite, l'effet de la constante de phase β sur l'angle de radiation (θm) et la largeur maximale du faisceau (Δθ) est le suivant :

L hè a lunghezza d'antenna, k0 hè u numeru d'onda in u spaziu liberu, è λ0 hè a lunghezza d'onda in u spaziu liberu. Nota chì a radiazione hè solu quandu |β|

3. Antenna resonator Zero-order
Una pruprietà unica di u metamateriale CRLH hè chì β pò esse 0 quandu a frequenza ùn hè micca uguale à zero. Basatu nantu à sta pruprietà, un novu resonatore zero-order (ZOR) pò esse generatu. Lorsque β est nul, aucun déphasage ne se produit dans tout le résonateur. Questu hè perchè a constant φ = - βd = 0. In più, a resonance dipende solu da a carica reattiva è hè indipendente da a durata di a struttura. La figure 10 montre que l'antenne proposée est fabriquée en appliquant deux et trois unités en forme de E, et que la taille totale est respectivement 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 et 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, où λ0 représente la longueur d'onde. di spaziu liberu à frequenze operative di 500 MHz è 650 MHz, rispettivamente. L'antenna opera à frequenze di 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) è 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), cù larghezza di banda relative di 91,9% è 96,0%. In più di e caratteristiche di piccula dimensione è larghezza di banda larga, u guadagnu è l'efficienza di a prima è a seconda antenna sò 5.3dBi è 85% (1GHz) è 5.7dBi è 90% (1.4GHz), rispettivamente.

Fig. 10 Strutture d'antenna pruposta double-E è triple-E.

4. Slot Antenna
Un metudu simplice hè statu prupostu per ingrandà l'apertura di l'antenna CRLH-MTM, ma a so dimensione di l'antenna hè quasi invariata. Comu mostra in a Figura 11, l'antenna include unità CRLH impilate verticalmente l'una nantu à l'altru, chì cuntenenu patch è linee di meandre, è ci hè un slot in forma di S in u patch. L'antenna hè alimentata da un stub CPW matching, è a so dimensione hè 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, chì currisponde à 0,204λ0×0,375λ0×0,018λ0, induve λ0 (3,5GHz) rapprisenta a lunghezza d'onda di u spaziu liberu. I risultati mostranu chì l'antenna opera in a banda di freccia di 0.85-7.90GHz, è a so larghezza di banda operativa hè 161.14%. U più altu guadagnu di radiazione è efficienza di l'antenna appare à 3.5GHz, chì sò 5.12dBi è ~ 80%, rispettivamente.