Nuacht - Athbhreithniú ar Antennaí Líne Tarchuir Meiteábhair

I. Réamhrá
Is fearr cur síos a dhéanamh ar mheiteábhair mar struchtúir atá deartha go saorga chun airíonna leictreamaighnéadacha áirithe nach bhfuil ann go nádúrtha a tháirgeadh. Tugtar meiteábhair chlé-láimhe (LHManna) ar mheiteábhair a bhfuil tréscaoilteacht dhiúltach agus tréscaoilteacht dhiúltach acu. Rinneadh staidéar fairsing ar LHManna sna pobail eolaíochta agus innealtóireachta. Sa bhliain 2003, ainmníodh LHManna mar cheann de na deich ndul chun cinn eolaíocha is fearr den ré chomhaimseartha ag iris Science. Forbraíodh feidhmchláir, coincheapa agus gléasanna nua trí leas a bhaint as airíonna uathúla LHManna. Is modh dearaidh éifeachtach é an cur chuige líne tarchuir (TL) ar féidir leis prionsabail LHManna a anailísiú freisin. I gcomparáid le TLanna traidisiúnta, is é an ghné is suntasaí de TLanna meiteábhair ná inrialaitheacht paraiméadair TL (tairiseach iomadúcháin) agus bac tréith. Soláthraíonn inrialaitheacht paraiméadair TL meiteábhair smaointe nua chun struchtúir antenna a dhearadh le méid níos dlúithe, feidhmíocht níos airde, agus feidhmeanna úrnua. Léiríonn Fíor 1 (a), (b), agus (c) na samhlacha ciorcad gan chailliúint de líne tarchuir íon deasláimhe (PRH), líne tarchuir íon cléláimhe (PLH), agus líne tarchuir ilchodach clé-deasláimhe (CRLH), faoi seach. Mar a thaispeántar i bhFíor 1(a), is meascán d'ionduchtas sraithe agus toilleas shunt é samhail chiorcaid choibhéiseach PRH TL de ghnáth. Mar a thaispeántar i bhFíor 1(b), is meascán d'ionduchtas shunt agus toilleas sraithe é samhail chiorcaid PLH TL. In iarratais phraiticiúla, ní féidir ciorcad PLH a chur i bhfeidhm. Tá sé seo mar gheall ar na héifeachtaí dosheachanta seadánacha sraithe agus toilleas shunt. Dá bhrí sin, is struchtúir ilchodacha cléláimhe agus deasláimhe iad tréithe na líne tarchuir cléláimhe is féidir a bhaint amach faoi láthair, mar a thaispeántar i bhFíor 1(c).

Fíor 1 Samhlacha éagsúla ciorcad líne tarchuir

Ríomhtar tairiseach iomadúcháin (γ) na líne tarchuir (TL) mar: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), áit a seasann Y agus Z don iontráil agus don fhriotaíocht faoi seach. Agus CRLH-TL á bhreithniú, is féidir Z agus Y a chur in iúl mar:

Beidh an gaol scaipthe seo a leanas ag CRLH TL aonfhoirmeach:

Is féidir leis an tairiseach céime β a bheith ina uimhir réadúil amháin nó ina huimhir shamhailteach amháin. Má tá β go hiomlán réadúil laistigh de raon minicíochta, tá pasbhanda ann laistigh den raon minicíochta mar gheall ar an gcoinníoll γ=jβ. Ar an láimh eile, má tá β ina uimhir shamhailteach amháin laistigh de raon minicíochta, tá stopbhanda ann laistigh den raon minicíochta mar gheall ar an gcoinníoll γ=α. Tá an stopbhanda seo uathúil do CRLH-TL agus níl sé ann i PRH-TL ná i PLH-TL. Taispeánann Fíor 2 (a), (b), agus (c) na cuar scaipthe (i.e., an gaol ω - β) de PRH-TL, PLH-TL, agus CRLH-TL, faoi seach. Bunaithe ar na cuar scaipthe, is féidir luas grúpa (vg=∂ω/∂β) agus luas céime (vp=ω/β) na líne tarchuir a dhíorthú agus a mheas. I gcás PRH-TL, is féidir a bhaint as an gcuar freisin go bhfuil vg agus vp comhthreomhar (i.e., vpvg>0). I gcás PLH-TL, léiríonn an cuar nach bhfuil vg agus vp comhthreomhar (i.e., vpvg<0). Léiríonn cuar scaipthe CRLH-TL freisin go bhfuil réigiún LH ann (i.e., vpvg < 0) agus réigiún RH (i.e., vpvg > 0). Mar is léir ó Fhíor 2(c), i gcás CRLH-TL, más uimhir réadúil íon í γ, bíonn banda stad ann.

Fíor 2 Cuar scaipthe línte tarchuir éagsúla

De ghnáth, bíonn athshondais shraithe agus chomhthreomhara CRLH-TL difriúil, rud a thugtar staid neamhchothrom air. Mar sin féin, nuair a bhíonn na minicíochtaí athshondais shraithe agus chomhthreomhara mar an gcéanna, tugtar staid chothrom air, agus taispeántar an tsamhail chiorcaid choibhéiseach shimplithe a eascraíonn as sin i bhFíor 3(a).

Fíor 3 Múnla ciorcaid agus cuar scaipthe líne tarchuir chlé-láimhe ilchodach

De réir mar a mhéadaíonn an mhinicíocht, méadaíonn tréithe scaipthe CRLH-TL de réir a chéile. Tá sé seo amhlaidh toisc go mbíonn an luas céime (i.e., vp=ω/β) ag brath níos mó ar an minicíocht. Ag minicíochtaí ísle, bíonn CRLH-TL faoi cheannas LH, agus ag minicíochtaí arda, bíonn CRLH-TL faoi cheannas RH. Léiríonn sé seo dé-nádúr CRLH-TL. Taispeántar léaráid scaipthe cothromaíochta CRLH-TL i bhFíor 3(b). Mar a thaispeántar i bhFíor 3(b), tarlaíonn an t-aistriú ó LH go RH ag:

I gcás ina seasann ω0 don mhinicíocht aistrithe. Dá bhrí sin, sa chás cothrom, tarlaíonn aistriú réidh ó LH go RH toisc gur uimhir shamhailteach amháin é γ. Dá bhrí sin, níl aon stadbhanda ann don scaipeadh cothrom CRLH-TL. Cé go bhfuil β nialasach ag ω0 (gan teorainn i gcoibhneas leis an tonnfhad treoraithe, i.e., λg=2π/|β|), scaipeann an tonn fós toisc nach bhfuil vg ag ω0 nialasach. Ar an gcaoi chéanna, ag ω0, is é nialasach an t-aistriú céime do TL de fhad d (i.e., φ= - βd=0). Tarlaíonn an dul chun cinn céime (i.e., φ>0) sa raon minicíochta LH (i.e., ω<ω0), agus tarlaíonn an moilliú céime (i.e., φ<0) sa raon minicíochta RH (i.e., ω>ω0). I gcás CRLH TL, déantar cur síos ar an impedance tréith mar seo a leanas:

I gcás ina seasann ZL agus ZR do na bacainní PLH agus PRH, faoi seach. I gcás neamhchothromaithe, braitheann an bacainn tréith ar an minicíocht. Léiríonn an chothromóid thuas go bhfuil an cás cothromaithe neamhspleách ar an minicíocht, mar sin is féidir go mbeadh meaitseáil bandaleithead leathan aige. Tá an chothromóid TL a dhíorthaítear thuas cosúil leis na paraiméadair bhunreachtúla a shainíonn an t-ábhar CRLH. Is é γ=jβ=Sqrt(ZY) tairiseach iomadúcháin TL. Agus tairiseach iomadúcháin an ábhair (β=ω x Sqrt(εμ)) á thabhairt, is féidir an chothromóid seo a leanas a fháil:

Ar an gcaoi chéanna, tá an fhriotaíocht tréith de TL, i.e., Z0=Sqrt(ZY), cosúil le hiontaíocht tréith an ábhair, i.e., η=Sqrt(μ/ε), a léirítear mar:

Taispeántar innéacs athraonta CRLH-TL cothrom agus neamhchothrom (i.e., n = cβ/ω) i bhFíor 4. I bhFíor 4, tá innéacs athraonta an CRLH-TL ina raon LH diúltach agus tá an innéacs athraonta ina raon RH dearfach.

Fíor 4 Innéacsanna athraonta tipiciúla TLanna CRLH cothromaithe agus neamhchothromaithe.

1. Líonra LC
Trí na cealla LC banda-phas a thaispeántar i bhFíor 5(a) a easghluaiseacht, is féidir CRLH-TL tipiciúil le haonfhoirmeacht éifeachtach faid d a thógáil go tréimhsiúil nó go neamhthréimhsiúil. Go ginearálta, chun áisiúlacht ríomha agus monaraíochta CRLH-TL a chinntiú, ní mór don chiorcad a bheith tréimhsiúil. I gcomparáid leis an tsamhail i bhFíor 1(c), níl aon mhéid ag cill chiorcaid Fíor 5(a) agus tá an fad fisiceach an-bheag (i.e., Δz i méadair). Agus a fad leictreach θ=Δφ (rad) á chur san áireamh, is féidir céim na cille LC a chur in iúl. Mar sin féin, chun an t-ionduchtas agus an toilleas feidhmeach a bhaint amach i ndáiríre, ní mór fad fisiceach p a bhunú. Beidh tionchar ag rogha na teicneolaíochta feidhmchláir (amhail micristiall, treoirthonn comhphlánach, comhpháirteanna gléasta dromchla, srl.) ar mhéid fisiceach na cille LC. Tá cill LC Fíor 5(a) cosúil leis an tsamhail incriminteach i bhFíor 1(c), agus a teorainn p=Δz→0. De réir an choinníll aonfhoirmeachta p→0 i bhFíor 5(b), is féidir TL a thógáil (trí chealla LC a easghluaiseacht) atá coibhéiseach le CRLH-TL aonfhoirmeach idéalach le fad d, ionas go mbeidh an TL aonfhoirmeach do thonnta leictreamaighnéadacha.

Fíor 5 CRLH TL bunaithe ar líonra LC.

I gcás na cille LC, agus coinníollacha teorann tréimhsiúla (PBCanna) cosúil le teoirim Bloch-Floquet á gcur san áireamh, cruthaítear agus léirítear gaol scaipthe na cille LC mar seo a leanas:

Cinntear an bac sraithe (Z) agus an ligean isteach shunt (Y) den chill LC leis na cothromóidí seo a leanas:

Ós rud é go bhfuil fad leictreach chiorcad LC an aonaid an-bheag, is féidir úsáid a bhaint as garmheastachán Taylor chun an méid seo a leanas a fháil:

2. Cur i bhFeidhm Fisiciúil
Sa chuid roimhe seo, pléadh an líonra LC chun CRLH-TL a ghiniúint. Ní féidir líonraí LC den sórt sin a bhaint amach ach trí chomhpháirteanna fisiceacha a ghlacadh ar féidir leo an toilleas (CR agus CL) agus an ionduchtas (LR agus LL) riachtanach a tháirgeadh. Le blianta beaga anuas, tá spéis mhór léirithe i gcur i bhfeidhm comhpháirteanna sliseanna teicneolaíochta gléasta dromchla (SMT) nó comhpháirteanna dáilte. Is féidir micristrip, stialllíne, treoirthonnta comhphlánacha nó teicneolaíochtaí comhchosúla eile a úsáid chun comhpháirteanna dáilte a bhaint amach. Tá go leor fachtóirí le breithniú agus sliseanna SMT nó comhpháirteanna dáilte á roghnú. Tá struchtúir CRLH bunaithe ar SMT níos coitianta agus níos éasca le cur i bhfeidhm i dtéarmaí anailíse agus dearaidh. Tá sé seo mar gheall ar infhaighteacht comhpháirteanna sliseanna SMT as an tseilf, nach dteastaíonn athmhúnlú agus monarú uathu i gcomparáid le comhpháirteanna dáilte. Mar sin féin, tá infhaighteacht comhpháirteanna SMT scaipthe, agus de ghnáth ní oibríonn siad ach ag minicíochtaí ísle (i.e., 3-6GHz). Dá bhrí sin, tá raonta minicíochta oibriúcháin teoranta agus tréithe céime sonracha ag struchtúir CRLH bunaithe ar SMT. Mar shampla, in iarratais radaíochta, b'fhéidir nach mbeadh comhpháirteanna sliseanna SMT indéanta. Taispeánann Fíor 6 struchtúr dáilte bunaithe ar CRLH-TL. Déantar an struchtúr a bhaint amach trí línte toilleas idirdhigiteacha agus gearrchiorcaid, ag cruthú toilleas sraitheach CL agus ionduchtas comhthreomhar LL de LH faoi seach. Glactar leis gurb é toilleas RH CR an toilleas idir an líne agus GND, agus glactar leis gurb é ionduchtas RH LR an ionduchtas a ghintear ag an bhflosc maighnéadach a chruthaítear ag an sreabhadh reatha sa struchtúr idirdhigiteach.