ዜና - የሜታማቴሪያል ማስተላለፊያ መስመር አንቴናዎች ግምገማ

I. መግቢያ
ሜታማቴሪያሎች በተፈጥሮ የማይኖሩ የተወሰኑ የኤሌክትሮማግኔቲክ ባህሪያትን ለማምረት በአርቴፊሻል መንገድ የተነደፉ መዋቅሮች እንደሆኑ በተሻለ ሁኔታ ሊገለጹ ይችላሉ። አሉታዊ ፈቃድ እና አሉታዊ መተላለፊያ ያላቸው ሜታማቴሪያሎች የግራ እጅ ሜታማቴሪያሎች (LHMs) ይባላሉ። LHMዎች በሳይንሳዊ እና በኢንጂነሪንግ ማህበረሰቦች ውስጥ በሰፊው ጥናት ተደርጎባቸዋል። እ.ኤ.አ. በ2003፣ LHMዎች በሳይንስ መጽሔት በዘመናዊው ዘመን ከአስር ምርጥ ሳይንሳዊ ግኝቶች አንዱ ተብለው ተሰይመዋል። አዳዲስ አፕሊኬሽኖች፣ ፅንሰ ሀሳቦች እና መሳሪያዎች የLHMዎችን ልዩ ባህሪያት በመጠቀም ተዘጋጅተዋል። የማስተላለፊያ መስመር (TL) አቀራረብ የLHMዎችን መርሆዎች መተንተን የሚችል ውጤታማ የዲዛይን ዘዴ ነው። ከባህላዊ ቲኤልዎች ጋር ሲነጻጸር፣ የሜታማቴሪያል ቲኤልዎች በጣም ጉልህ ባህሪ የTL መለኪያዎች (የማባዛት ቋሚ) እና የባህሪ ኢምፔዳንስ ቁጥጥር ነው። የሜታማቴሪያል ቲኤል መለኪያዎች ቁጥጥር መቻል የበለጠ የታመቀ መጠን፣ ከፍተኛ አፈጻጸም እና አዳዲስ ተግባራት ያላቸው የአንቴና መዋቅሮችን ለመንደፍ አዳዲስ ሀሳቦችን ይሰጣል። ምስል 1 (a)፣ (b) እና (c) የንፁህ ቀኝ እጅ ማስተላለፊያ መስመር (PRH)፣ የንፁህ ግራ እጅ ማስተላለፊያ መስመር (PLH) እና የውህድ ግራ ቀኝ እጅ ማስተላለፊያ መስመር (CRLH) ኪሳራ የሌላቸውን የወረዳ ሞዴሎችን በቅደም ተከተል ያሳያሉ። በስእል 1(a) ላይ እንደሚታየው፣ የPRH TL ተመጣጣኝ የወረዳ ሞዴል ብዙውን ጊዜ የተከታታይ ኢንዳክታንስ እና የሹንት ካፓሲታንስ ጥምረት ነው። በስእል 1(b) ላይ እንደሚታየው፣ የPLH TL የወረዳ ሞዴል የሹንት ኢንዳክታንስ እና የተከታታይ ካፓሲታንስ ጥምረት ነው። በተግባራዊ አተገባበር፣ የPLH ወረዳን ተግባራዊ ማድረግ አይቻልም። ይህ ሊሆን የቻለው በማይቻል የፓራሳይት ተከታታይ ኢንዳክታንስ እና የሹንት ካፓሲታንስ ውጤቶች ምክንያት ነው። ስለዚህ፣ በአሁኑ ጊዜ ሊከናወኑ የሚችሉት የግራ እጅ ማስተላለፊያ መስመር ባህሪያት ሁሉም የተዋሃዱ የግራ እጅ እና የቀኝ እጅ መዋቅሮች ናቸው፣ በስእል 1(c) ላይ እንደሚታየው።

ምስል 1 የተለያዩ የማስተላለፊያ መስመር ዑደት ሞዴሎች

የማስተላለፊያ መስመሩ (TL) የስርጭት ቋሚ (γ) እንደሚከተለው ይሰላል፡ γ=α+jβ=Sqrt(ZY)፣ Y እና Z በቅደም ተከተል የመግቢያ እና የኢምፔዳንስ ይወክላሉ። CRLH-TLን ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ Z እና Y እንደሚከተለው ሊገለጹ ይችላሉ፡

አንድ ወጥ የሆነ CRLH TL የሚከተለው የመበተን ግንኙነት ይኖረዋል፡

የደረጃ ቋሚ β ሙሉ በሙሉ እውነተኛ ቁጥር ወይም ሙሉ በሙሉ ምናባዊ ቁጥር ሊሆን ይችላል። β በድግግሞሽ ክልል ውስጥ ሙሉ በሙሉ እውነተኛ ከሆነ፣ በ γ=jβ ሁኔታ ምክንያት በድግግሞሽ ክልል ውስጥ ማለፊያ ባንድ አለ። በሌላ በኩል፣ β በድግግሞሽ ክልል ውስጥ ሙሉ በሙሉ ምናባዊ ቁጥር ከሆነ፣ በ γ=α ሁኔታ ምክንያት በድግግሞሽ ክልል ውስጥ የማቆሚያ ባንድ አለ። ይህ የማቆሚያ ባንድ ለ CRLH-TL ልዩ ነው እና በ PRH-TL ወይም PLH-TL ውስጥ የለም። ምስሎች 2 (a)፣ (b) እና (c) የ PRH-TL፣ PLH-TL እና CRLH-TL የተበተኑ ኩርባዎችን (ማለትም፣ ω - β ግንኙነት) ያሳያሉ። በተበተኑ ኩርባዎች ላይ በመመስረት፣ የማስተላለፊያ መስመሩ የቡድን ፍጥነት (vg=∂ω/∂β) እና የደረጃ ፍጥነት (vp=ω/β) ሊገኙ እና ሊገመቱ ይችላሉ። ለ PRH-TL፣ እንዲሁም ከኩርባው vg እና vp ትይዩ መሆናቸውን (ማለትም፣ vpvg>0) መገመት ይቻላል። ለPLH-TL፣ ኩርባው vg እና vp ትይዩ እንዳልሆኑ ያሳያል (ማለትም፣ vpvg<0)። የCRLH-TL የመበተን ኩርባ የLH ክልል መኖርንም ያሳያል (ማለትም፣ vpvg < 0) እና የRH ክልል (ማለትም፣ vpvg > 0)። ከምስል 2(c) እንደሚታየው፣ ለCRLH-TL፣ γ ንፁህ እውነተኛ ቁጥር ከሆነ የማቆሚያ ባንድ አለ።

ምስል 2 የተለያዩ የማስተላለፊያ መስመሮች የመበተን ኩርባዎች

አብዛኛውን ጊዜ የCRLH-TL ተከታታይ እና ትይዩ ሬዞናንስ የተለያዩ ናቸው፣ ይህም ያልተመጣጠነ ሁኔታ ይባላል። ሆኖም፣ ተከታታይ እና ትይዩ ሬዞናንስ ድግግሞሾች ተመሳሳይ ሲሆኑ፣ የተመጣጠነ ሁኔታ ይባላል፣ እና የተገኘው ቀላል ተመጣጣኝ የወረዳ ሞዴል በምስል 3(ሀ) ላይ ይታያል።

ምስል 3 የተዋሃደ የግራ እጅ ማስተላለፊያ መስመር የወረዳ ሞዴል እና የመበተን ኩርባ

ድግግሞሽ እየጨመረ ሲሄድ የCRLH-TL የመበተን ባህሪያት ቀስ በቀስ ይጨምራሉ። ይህ የሆነበት ምክንያት የደረጃ ፍጥነት (ማለትም፣ vp=ω/β) በተደጋጋሚነት ላይ ጥገኛ እየሆነ በመምጣቱ ነው። በዝቅተኛ ድግግሞሽ፣ CRLH-TL በLH የሚመራ ሲሆን በከፍተኛ ድግግሞሽ ደግሞ CRLH-TL በRH የሚመራ ነው። ይህ የCRLH-TL ድርብ ተፈጥሮን ያሳያል። የCRLH-TL ሚዛናዊነት የCRLH-TL ስርጭት ዲያግራም በምስል 3(b) ላይ ይታያል። በምስል 3(b) ላይ እንደሚታየው፣ ከLH ወደ RH የሚደረግ ሽግግር የሚከሰተው በ፡

ω0 የሽግግር ድግግሞሽ በሚሆንበት ቦታ። ስለዚህ፣ በተመጣጠነ ሁኔታ፣ ከLH ወደ RH ለስላሳ ሽግግር ይከሰታል ምክንያቱም γ ሙሉ በሙሉ ምናባዊ ቁጥር ነው። ስለዚህ፣ ለተመጣጠነው CRLH-TL ስርጭት ምንም የማቆሚያ ባንድ የለም። β በω0 ላይ ዜሮ ቢሆንም (ከሚመራው የሞገድ ርዝመት ጋር ሲነጻጸር ወሰን የለውም፣ ማለትም λg=2π/|β|)፣ ማዕበሉ አሁንም ይሰራጫል ምክንያቱም በω0 ላይ ያለው vg ዜሮ አይደለም። በተመሳሳይ፣ በω0 ላይ፣ የደረጃ ፈረቃ ለ d ርዝመት TL ዜሮ ነው (ማለትም፣ φ= - βd=0)። የደረጃ ማሻሻያ (ማለትም፣ φ>0) በLH ድግግሞሽ ክልል ውስጥ ይከሰታል (ማለትም፣ ω<ω0)፣ እና የደረጃ ዝግታ (ማለትም፣ φ<0) በRH ድግግሞሽ ክልል ውስጥ ይከሰታል (ማለትም፣ ω>ω0)። ለ CRLH TL፣ የባህሪው ኢምፔዳንስ እንደሚከተለው ይገለጻል፡

ZL እና ZR በቅደም ተከተል የPLH እና የPRH ኢምፔዳንስ ሲሆኑ። ሚዛናዊ ባልሆነው ጉዳይ ላይ የባህሪው ኢምፔዳንስ ድግግሞሽ ላይ የተመሰረተ ነው። ከላይ ያለው እኩልታ የሚያሳየው የተመጣጠነው ጉዳይ ከድግግሞሽ ነፃ መሆኑን ነው፣ ስለዚህ ሰፊ የመተላለፊያ ይዘት ማመሳሰል ሊኖረው ይችላል። ከላይ የተገኘው የTL እኩልታ የCRLH ቁሳቁሱን ከሚገልጹት መዋቅራዊ መለኪያዎች ጋር ተመሳሳይ ነው። የTL የስርጭት ቋሚ γ=jβ=Sqrt(ZY) ነው። የቁሱ የስርጭት ቋሚ (β=ω x Sqrt(εμ)) ግምት ውስጥ በማስገባት የሚከተለው እኩልታ ሊገኝ ይችላል፡

በተመሳሳይ፣ የTL ባህሪያዊ ኢምፔዳንስ፣ ማለትም Z0=Sqrt(ZY)፣ ከቁሱ ባህሪያዊ ኢምፔዳንስ ጋር ተመሳሳይ ነው፣ ማለትም η=Sqrt(μ/ε)፣ እሱም እንደሚከተለው ይገለጻል፡

የተመጣጠነ እና ያልተመጣጠነ CRLH-TL (ማለትም፣ n = cβ/ω) የማጣቀሻ ኢንዴክስ በስእል 4 ላይ ይታያል። በስእል 4፣ በLH ክልል ውስጥ ያለው የCRLH-TL የማጣቀሻ ኢንዴክስ አሉታዊ ሲሆን በRH ክልል ውስጥ ያለው የማጣቀሻ ኢንዴክስ አዎንታዊ ነው።

ምስል 4. የተመጣጠነ እና ያልተመጣጠነ የ CRLH ቲኤልዎች የተለመዱ የማንጸባረቅ ኢንዴክሶች።

1. የኤልሲ አውታረ መረብ
በምስል 5(a) ላይ የሚታዩትን የባንድፓስ LC ሴሎችን በማጣመር፣ ውጤታማ የሆነ የርዝመት ተመሳሳይነት ያለው የተለመደ CRLH-TL በየጊዜው ወይም በየጊዜው ሊገነባ ይችላል። በአጠቃላይ፣ የ CRLH-TL ስሌት እና የማምረት ምቾትን ለማረጋገጥ፣ ወረዳው ወቅታዊ መሆን አለበት። ከምስል 1(c) ሞዴል ጋር ሲነጻጸር፣ የምስል 5(a) የወረዳ ሴል ምንም መጠን የለውም እና አካላዊ ርዝመቱ እጅግ በጣም ትንሽ ነው (ማለትም፣ Δz በሜትሮች)። የኤሌክትሪክ ርዝመቱ θ=Δφ (rad) ግምት ውስጥ በማስገባት፣ የLC ሴል ምዕራፍ ሊገለጽ ይችላል። ሆኖም፣ የተተገበረውን ኢንዳክታንስ እና አቅም በትክክል ለማሳካት፣ አካላዊ ርዝመት p መመስረት ያስፈልጋል። የአተገባበር ቴክኖሎጂ ምርጫ (እንደ ማይክሮስትሪፕ፣ ኮፕላናር ሞገድ መመሪያ፣ የገጽታ መጫኛ ክፍሎች፣ ወዘተ.) የLC ሴል አካላዊ መጠን ላይ ተጽዕኖ ያሳድራል። የምስል 5(a) የLC ሴል ከምስል 1(c) ጭማሪ ሞዴል እና ከገደቡ p=Δz→0 ጋር ተመሳሳይ ነው። በስእል 5(ለ) ላይ ባለው የወጥነት ሁኔታ p→0 መሠረት፣ TL ሊገነባ የሚችለው (የኤልሲ ሴሎችን በማሰባሰብ) ሲሆን ይህም ርዝመት d ካለው ተስማሚ ወጥ CRLH-TL ጋር እኩል የሆነ ሲሆን ይህም TL ከኤሌክትሮማግኔቲክ ሞገዶች ጋር ተመሳሳይ ሆኖ እንዲታይ ያደርጋል።

ምስል 5 CRLH TL በLC አውታረ መረብ ላይ የተመሠረተ።

ለኤልሲ ሴል፣ ከብሉች-ፍሎኬት ቲዎሪ ጋር ተመሳሳይ የሆኑ ወቅታዊ የድንበር ሁኔታዎችን (PBCs) ከግምት ውስጥ በማስገባት፣ የኤልሲ ሴል ስርጭት ግንኙነት እንደሚከተለው ተረጋግጧል እና ይገለጻል፡

የLC ሴል ተከታታይ ኢምፔዳንስ (Z) እና shunt attentance (Y) የሚወሰኑት በሚከተሉት እኩልታዎች ነው፡

የዩኒቱ የኤልሲ ዑደት የኤሌክትሪክ ርዝመት በጣም ትንሽ ስለሆነ፣ የቴይለር ግምታዊነት የሚከተሉትን ለማግኘት ሊያገለግል ይችላል፡

2. አካላዊ አተገባበር
በቀደመው ክፍል፣ CRLH-TL ለማመንጨት የLC ኔትወርክ ተብራርቷል። እንደዚህ ያሉ የLC ኔትወርኮች ሊተገበሩ የሚችሉት አስፈላጊውን አቅም (CR እና CL) እና ኢንዳክታንስ (LR እና LL) ሊያመነጩ የሚችሉ አካላዊ ክፍሎችን በመቀበል ብቻ ነው። በቅርብ ዓመታት ውስጥ የገጽታ ማውንት ቴክኖሎጂ (SMT) ቺፕ ክፍሎች ወይም የተከፋፈሉ ክፍሎች አተገባበር ከፍተኛ ፍላጎት ስቧል። ማይክሮስትራይፕ፣ ስትሪፕላይን፣ ኮፕላናር ሞገድ መመሪያ ወይም ሌሎች ተመሳሳይ ቴክኖሎጂዎች የተከፋፈሉ ክፍሎችን እውን ለማድረግ ሊያገለግሉ ይችላሉ። የSMT ቺፖችን ወይም የተከፋፈሉ ክፍሎችን በሚመርጡበት ጊዜ ግምት ውስጥ መግባት ያለባቸው ብዙ ነገሮች አሉ። በSMT ላይ የተመሰረቱ CRLH መዋቅሮች በመተንተን እና በዲዛይን ረገድ የበለጠ የተለመዱ እና ለመተግበር ቀላል ናቸው። ይህ የሆነበት ምክንያት ከተከፋፈሉ ክፍሎች ጋር ሲነጻጸር እድሳት እና ማምረት የማያስፈልጋቸው ከመደርደሪያ ውጭ ባሉ የSMT ቺፕ ክፍሎች መገኘት ምክንያት ነው። ሆኖም፣ የSMT ክፍሎች መገኘት የተበታተነ ሲሆን ብዙውን ጊዜ በዝቅተኛ ድግግሞሽ (ማለትም ከ3-6GHz) ብቻ ነው የሚሰሩት። ስለዚህ፣ በSMT ላይ የተመሰረቱ CRLH መዋቅሮች የተገደቡ የአሠራር ድግግሞሽ ክልሎች እና የተወሰኑ የደረጃ ባህሪያት አሏቸው። ለምሳሌ፣ በጨረር አፕሊኬሽኖች ውስጥ፣ የSMT ቺፕ ክፍሎች ተግባራዊ ላይሆኑ ይችላሉ። ምስል 6 በCRLH-TL ላይ የተመሠረተ የተከፋፈለ መዋቅር ያሳያል። አወቃቀሩ የሚከናወነው በኢንተርዲጂታል ካፓሲታንስ እና በአጭር-ዑደት መስመሮች ሲሆን የLH ተከታታይ ካፓሲታንስ CL እና ትይዩ ኢዳክታንስ LL በቅደም ተከተል ይፈጥራሉ። በመስመሩ እና በGND መካከል ያለው ካፓሲታንስ የRH ካፓሲታንስ CR እንደሆነ ይገመታል፣ እና በኢንተርዲጂታል መዋቅር ውስጥ ባለው የአሁኑ ፍሰት የተፈጠረው መግነጢሳዊ ፍሰት የሚፈጠረው ኢንዳክታንስ የRH ኢንዳክታንስ LR እንደሆነ ይገመታል።