செய்திகள் - மெட்டாமெட்டீரியல் டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் ஆண்டெனாக்களின் மதிப்பாய்வு

I. அறிமுகம்
இயற்கையாகவே இல்லாத சில மின்காந்த பண்புகளை உருவாக்குவதற்காக செயற்கையாக வடிவமைக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகள் என மெட்டாமெட்டீரியல்களை சிறப்பாக விவரிக்கலாம். எதிர்மறை அனுமதி மற்றும் எதிர்மறை ஊடுருவல் கொண்ட மெட்டாமெட்டீரியல்கள் இடது கை மெட்டாமெட்டீரியல்கள் (LHMகள்) என்று அழைக்கப்படுகின்றன. LHMகள் அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் சமூகங்களில் விரிவாக ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளன. 2003 ஆம் ஆண்டில், LHMகள் அறிவியல் பத்திரிகையால் சமகால சகாப்தத்தின் முதல் பத்து அறிவியல் முன்னேற்றங்களில் ஒன்றாக பெயரிடப்பட்டன. LHMகளின் தனித்துவமான பண்புகளைப் பயன்படுத்தி புதிய பயன்பாடுகள், கருத்துக்கள் மற்றும் சாதனங்கள் உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் (TL) அணுகுமுறை என்பது LHMகளின் கொள்கைகளையும் பகுப்பாய்வு செய்யக்கூடிய ஒரு பயனுள்ள வடிவமைப்பு முறையாகும். பாரம்பரிய TLகளுடன் ஒப்பிடும்போது, மெட்டாமெட்டீரியல் TLகளின் மிக முக்கியமான அம்சம் TL அளவுருக்களின் கட்டுப்பாட்டுத்தன்மை (பரவல் மாறிலி) மற்றும் சிறப்பியல்பு மின்மறுப்பு ஆகும். மெட்டாமெட்டீரியல் TL அளவுருக்களின் கட்டுப்பாட்டுத்தன்மை, மிகவும் சிறிய அளவு, அதிக செயல்திறன் மற்றும் புதிய செயல்பாடுகளுடன் ஆண்டெனா கட்டமைப்புகளை வடிவமைப்பதற்கான புதிய யோசனைகளை வழங்குகிறது. படம் 1 (a), (b), மற்றும் (c) ஆகியவை முறையே தூய வலது கை பரிமாற்றக் கோடு (PRH), தூய இடது கை பரிமாற்றக் கோடு (PLH) மற்றும் கூட்டு இடது-வலது கை பரிமாற்றக் கோடு (CRLH) ஆகியவற்றின் இழப்பற்ற சுற்று மாதிரிகளைக் காட்டுகின்றன. படம் 1(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, PRH TL சமமான சுற்று மாதிரி பொதுவாக தொடர் தூண்டல் மற்றும் ஷன்ட் மின்தேக்கத்தின் கலவையாகும். படம் 1(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, PLH TL சுற்று மாதிரி ஷன்ட் தூண்டல் மற்றும் தொடர் மின்தேக்கத்தின் கலவையாகும். நடைமுறை பயன்பாடுகளில், PLH சுற்று செயல்படுத்துவது சாத்தியமில்லை. இது தவிர்க்க முடியாத ஒட்டுண்ணி தொடர் தூண்டல் மற்றும் ஷன்ட் மின்தேக்க விளைவுகளால் ஏற்படுகிறது. எனவே, தற்போது உணரக்கூடிய இடது கை பரிமாற்றக் கோட்டின் பண்புகள் அனைத்தும் கூட்டு இடது கை மற்றும் வலது கை கட்டமைப்புகள், படம் 1(c) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம் 1 வெவ்வேறு செலுத்து கம்பி சுற்று மாதிரிகள்

செலுத்து கம்பியின் (TL) பரவல் மாறிலி (γ) இவ்வாறு கணக்கிடப்படுகிறது: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), இங்கு Y மற்றும் Z ஆகியவை முறையே சேர்க்கை மற்றும் மின்மறுப்பைக் குறிக்கின்றன. CRLH-TL ஐக் கருத்தில் கொண்டு, Z மற்றும் Y ஐ இவ்வாறு வெளிப்படுத்தலாம்:

ஒரு சீரான CRLH TL பின்வரும் சிதறல் உறவைக் கொண்டிருக்கும்:

கட்ட மாறிலி β என்பது முற்றிலும் உண்மையான எண்ணாகவோ அல்லது முற்றிலும் கற்பனை எண்ணாகவோ இருக்கலாம். ஒரு அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் β முற்றிலும் உண்மையானதாக இருந்தால், γ=jβ என்ற நிபந்தனையின் காரணமாக அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் ஒரு கடவுப்பட்டை உள்ளது. மறுபுறம், β என்பது ஒரு அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் முற்றிலும் கற்பனை எண்ணாக இருந்தால், γ=α என்ற நிபந்தனையின் காரணமாக அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் ஒரு நிறுத்தப்பட்டை உள்ளது. இந்த நிறுத்தப்பட்டை CRLH-TL க்கு தனித்துவமானது மற்றும் PRH-TL அல்லது PLH-TL இல் இல்லை. படங்கள் 2 (a), (b), மற்றும் (c) முறையே PRH-TL, PLH-TL மற்றும் CRLH-TL இன் பரவல் வளைவுகளை (அதாவது, ω - β உறவு) காட்டுகின்றன. சிதறல் வளைவுகளின் அடிப்படையில், பரிமாற்றக் கோட்டின் குழு வேகம் (vg=∂ω/∂β) மற்றும் கட்ட வேகம் (vp=ω/β) ஆகியவற்றைப் பெற்று மதிப்பிடலாம். PRH-TL க்கு, vg மற்றும் vp இணையானவை (அதாவது, vpvg>0) என்பதையும் வளைவிலிருந்து ஊகிக்க முடியும். PLH-TL க்கு, vg மற்றும் vp இணையானவை அல்ல என்பதை வளைவு காட்டுகிறது (அதாவது, vpvg<0). CRLH-TL இன் சிதறல் வளைவு LH பகுதி (அதாவது, vpvg < 0) மற்றும் RH பகுதி (அதாவது, vpvg > 0) இருப்பதையும் காட்டுகிறது. படம் 2(c) இலிருந்து காணக்கூடியது போல, CRLH-TL க்கு, γ ஒரு தூய உண்மையான எண்ணாக இருந்தால், ஒரு நிறுத்த பட்டை உள்ளது.

படம் 2 வெவ்வேறு செலுத்து கம்பிகளின் பரவல் வளைவுகள்

வழக்கமாக, CRLH-TL இன் தொடர் மற்றும் இணை ஒத்ததிர்வுகள் வேறுபட்டவை, இது சமநிலையற்ற நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், தொடர் மற்றும் இணை ஒத்ததிர்வு அதிர்வெண்கள் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும்போது, அது சமநிலையான நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இதன் விளைவாக வரும் எளிமைப்படுத்தப்பட்ட சமமான சுற்று மாதிரி படம் 3(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம் 3 கூட்டு இடது கை செலுத்து கம்பியின் சுற்று மாதிரி மற்றும் சிதறல் வளைவு

அதிர்வெண் அதிகரிக்கும் போது, CRLH-TL இன் சிதறல் பண்புகள் படிப்படியாக அதிகரிக்கின்றன. ஏனெனில் கட்ட வேகம் (அதாவது, vp=ω/β) அதிர்வெண்ணைச் சார்ந்து அதிகரித்து வருகிறது. குறைந்த அதிர்வெண்களில், CRLH-TL LH ஆல் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, அதே நேரத்தில் அதிக அதிர்வெண்களில், CRLH-TL RH ஆல் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. இது CRLH-TL இன் இரட்டை இயல்பை சித்தரிக்கிறது. சமநிலை CRLH-TL சிதறல் வரைபடம் படம் 3(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. படம் 3(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, LH இலிருந்து RH க்கு மாறுதல் இங்கு நிகழ்கிறது:

ω0 என்பது நிலைமாற்ற அதிர்வெண் ஆகும். எனவே, சமச்சீர் நிலையில், LH இலிருந்து RH க்கு ஒரு மென்மையான மாற்றம் ஏற்படுகிறது, ஏனெனில் γ என்பது முற்றிலும் கற்பனை எண். எனவே, சமச்சீர் CRLH-TL சிதறலுக்கு எந்த ஸ்டாப்பேண்டும் இல்லை. ω0 இல் β பூஜ்ஜியமாக இருந்தாலும் (வழிகாட்டப்பட்ட அலைநீளத்துடன் ஒப்பிடும்போது எல்லையற்றது, அதாவது, λg=2π/|β|), ω0 இல் vg பூஜ்ஜியமாக இல்லாததால் அலை இன்னும் பரவுகிறது. இதேபோல், ω0 இல், நீளம் d இன் TL க்கு கட்ட மாற்றம் பூஜ்ஜியமாகும் (அதாவது, φ= - βd=0). கட்ட முன்னேற்றம் (அதாவது, φ>0) LH அதிர்வெண் வரம்பில் (அதாவது, ω<ω0) நிகழ்கிறது, மேலும் கட்ட பின்னடைவு (அதாவது, φ<0) RH அதிர்வெண் வரம்பில் (அதாவது, ω>ω0) நிகழ்கிறது. CRLH TL க்கு, சிறப்பியல்பு மின்மறுப்பு பின்வருமாறு விவரிக்கப்படுகிறது:

இங்கு ZL மற்றும் ZR ஆகியவை முறையே PLH மற்றும் PRH மின்மறுப்புகளாகும். சமநிலையற்ற நிகழ்விற்கு, சிறப்பியல்பு மின்மறுப்பு அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தது. மேலே உள்ள சமன்பாடு, சமச்சீர் நிகழ்வு அதிர்வெண்ணிலிருந்து சுயாதீனமானது என்பதைக் காட்டுகிறது, எனவே அது ஒரு பரந்த அலைவரிசை பொருத்தத்தைக் கொண்டிருக்கலாம். மேலே பெறப்பட்ட TL சமன்பாடு CRLH பொருளை வரையறுக்கும் கட்டமைப்பு அளவுருக்களைப் போன்றது. TL இன் பரவல் மாறிலி γ=jβ=Sqrt(ZY). பொருளின் பரவல் மாறிலி (β=ω x Sqrt(εμ)) கொடுக்கப்பட்டால், பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பெறலாம்:

இதேபோல், TL இன் சிறப்பியல்பு மின்மறுப்பு, அதாவது, Z0=Sqrt(ZY), பொருளின் சிறப்பியல்பு மின்மறுப்பைப் போன்றது, அதாவது, η=Sqrt(μ/ε), இது இவ்வாறு வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:

சமச்சீர் மற்றும் சமநிலையற்ற CRLH-TL இன் ஒளிவிலகல் குறியீடு (அதாவது, n = cβ/ω) படம் 4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. படம் 4 இல், அதன் LH வரம்பில் CRLH-TL இன் ஒளிவிலகல் குறியீடு எதிர்மறையாகவும், அதன் RH வரம்பில் ஒளிவிலகல் குறியீடு நேர்மறையாகவும் உள்ளது.

படம். 4 சமச்சீர் மற்றும் சமநிலையற்ற CRLH TLகளின் வழக்கமான ஒளிவிலகல் குறியீடுகள்.

1. LC நெட்வொர்க்
படம் 5(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ள பேண்ட்பாஸ் LC செல்களை அடுக்குகளாக பிரிப்பதன் மூலம், d நீளத்தின் பயனுள்ள சீரான தன்மையைக் கொண்ட ஒரு பொதுவான CRLH-TL ஐ அவ்வப்போது அல்லது அவ்வப்போது இல்லாமல் உருவாக்க முடியும். பொதுவாக, CRLH-TL இன் கணக்கீடு மற்றும் உற்பத்தியின் வசதியை உறுதி செய்வதற்காக, சுற்று அவ்வப்போது இருக்க வேண்டும். படம் 1(c) இன் மாதிரியுடன் ஒப்பிடும்போது, படம் 5(a) இன் சுற்று செல் எந்த அளவையும் கொண்டிருக்கவில்லை மற்றும் இயற்பியல் நீளம் எண்ணற்ற அளவில் சிறியது (அதாவது, மீட்டரில் Δz). அதன் மின் நீளம் θ=Δφ (rad) ஐக் கருத்தில் கொண்டு, LC கலத்தின் கட்டத்தை வெளிப்படுத்தலாம். இருப்பினும், பயன்படுத்தப்பட்ட தூண்டல் மற்றும் மின்தேக்கத்தை உண்மையில் உணர, ஒரு இயற்பியல் நீளம் p நிறுவப்பட வேண்டும். பயன்பாட்டு தொழில்நுட்பத்தின் தேர்வு (மைக்ரோஸ்ட்ரிப், கோப்ளனர் அலை வழிகாட்டி, மேற்பரப்பு ஏற்ற கூறுகள் போன்றவை) LC கலத்தின் இயற்பியல் அளவை பாதிக்கும். படம் 5(a) இன் LC செல் படம் 1(c) இன் அதிகரிக்கும் மாதிரியைப் போன்றது, மேலும் அதன் வரம்பு p=Δz→0. படம் 5(b) இல் உள்ள p→0 என்ற சீரான நிலையின்படி, ஒரு TL ஐ (LC செல்களை அடுக்குகளாக அடுக்கி வைப்பதன் மூலம்) உருவாக்க முடியும், இது d நீளம் கொண்ட ஒரு சிறந்த சீரான CRLH-TL க்கு சமமானது, இதனால் TL மின்காந்த அலைகளுக்கு சீரானதாகத் தோன்றும்.

படம் 5 LC நெட்வொர்க்கை அடிப்படையாகக் கொண்ட CRLH TL.

LC கலத்திற்கு, ப்ளாச்-ஃப்ளோக்கெட் தேற்றத்தைப் போன்ற கால எல்லை நிலைமைகளைக் (PBCs) கருத்தில் கொண்டு, LC கலத்தின் சிதறல் உறவு பின்வருமாறு நிரூபிக்கப்பட்டு வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:

LC செல்லின் தொடர் மின்மறுப்பு (Z) மற்றும் ஷன்ட் அட்மிடன்ஸ் (Y) ஆகியவை பின்வரும் சமன்பாடுகளால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன:

அலகு LC சுற்றுகளின் மின் நீளம் மிகச் சிறியதாக இருப்பதால், டெய்லர் தோராயத்தைப் பயன்படுத்திப் பெறலாம்:

2. உடல் ரீதியான செயல்படுத்தல்
முந்தைய பிரிவில், CRLH-TL ஐ உருவாக்குவதற்கான LC நெட்வொர்க் பற்றி விவாதிக்கப்பட்டது. தேவையான கொள்ளளவு (CR மற்றும் CL) மற்றும் தூண்டல் (LR மற்றும் LL) ஆகியவற்றை உருவாக்கக்கூடிய இயற்பியல் கூறுகளை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலம் மட்டுமே இத்தகைய LC நெட்வொர்க்குகளை உணர முடியும். சமீபத்திய ஆண்டுகளில், மேற்பரப்பு ஏற்ற தொழில்நுட்பம் (SMT) சிப் கூறுகள் அல்லது விநியோகிக்கப்பட்ட கூறுகளின் பயன்பாடு மிகுந்த ஆர்வத்தை ஈர்த்துள்ளது. மைக்ரோஸ்ட்ரிப், ஸ்ட்ரிப்லைன், கோப்ளனர் அலை வழிகாட்டி அல்லது பிற ஒத்த தொழில்நுட்பங்களைப் பயன்படுத்தி விநியோகிக்கப்பட்ட கூறுகளை உணரலாம். SMT சில்லுகள் அல்லது விநியோகிக்கப்பட்ட கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுக்கும்போது கருத்தில் கொள்ள வேண்டிய பல காரணிகள் உள்ளன. SMT-அடிப்படையிலான CRLH கட்டமைப்புகள் பகுப்பாய்வு மற்றும் வடிவமைப்பின் அடிப்படையில் மிகவும் பொதுவானவை மற்றும் செயல்படுத்த எளிதானவை. விநியோகிக்கப்பட்ட கூறுகளுடன் ஒப்பிடும்போது மறுவடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி தேவையில்லாத ஆஃப்-தி-ஷெல்ஃப் SMT சிப் கூறுகள் கிடைப்பதே இதற்குக் காரணம். இருப்பினும், SMT கூறுகளின் கிடைக்கும் தன்மை சிதறடிக்கப்படுகிறது, மேலும் அவை பொதுவாக குறைந்த அதிர்வெண்களில் மட்டுமே வேலை செய்கின்றன (அதாவது, 3-6GHz). எனவே, SMT-அடிப்படையிலான CRLH கட்டமைப்புகள் வரையறுக்கப்பட்ட இயக்க அதிர்வெண் வரம்புகள் மற்றும் குறிப்பிட்ட கட்ட பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன. எடுத்துக்காட்டாக, கதிர்வீச்சு பயன்பாடுகளில், SMT சிப் கூறுகள் சாத்தியமற்றதாக இருக்கலாம். படம் 6 CRLH-TL ஐ அடிப்படையாகக் கொண்ட ஒரு பரவலாக்கப்பட்ட கட்டமைப்பைக் காட்டுகிறது. இந்த அமைப்பு இடைநிலை மின்தேக்கம் மற்றும் குறுகிய சுற்று கோடுகள் மூலம் உணரப்படுகிறது, இது முறையே தொடர் மின்தேக்கம் CL மற்றும் LH இன் இணையான மின்தேக்கம் LL ஐ உருவாக்குகிறது. கோட்டிற்கும் GND க்கும் இடையிலான மின்தேக்கம் RH மின்தேக்கம் CR ஆகக் கருதப்படுகிறது, மேலும் இடைநிலை கட்டமைப்பில் மின்னோட்ட ஓட்டத்தால் உருவாகும் காந்தப் பாய்ச்சலால் உருவாகும் மின்தேக்கம் RH மின்தேக்கம் LR ஆகக் கருதப்படுகிறது.