செய்திகள் - மெட்டா மெட்டீரியல் டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் ஆண்டெனாக்கள் பற்றிய ஆய்வு

I. அறிமுகம்
இயற்கையாக இல்லாத சில மின்காந்த பண்புகளை உருவாக்க செயற்கையாக வடிவமைக்கப்பட்ட கட்டமைப்புகள் என மெட்டா மெட்டீரியல்களை சிறப்பாக விவரிக்க முடியும். எதிர்மறை அனுமதி மற்றும் எதிர்மறை ஊடுருவக்கூடிய மெட்டா மெட்டீரியல்கள் இடது கை மெட்டா மெட்டீரியல்கள் (LHMs) என்று அழைக்கப்படுகின்றன. அறிவியல் மற்றும் பொறியியல் சமூகங்களில் LHMகள் விரிவாக ஆய்வு செய்யப்பட்டுள்ளன. 2003 இல், சயின்ஸ் இதழால் சமகால சகாப்தத்தின் முதல் பத்து அறிவியல் முன்னேற்றங்களில் ஒன்றாக LHMகள் பெயரிடப்பட்டன. புதிய பயன்பாடுகள், கருத்துகள் மற்றும் சாதனங்கள் LHMகளின் தனித்துவமான பண்புகளைப் பயன்படுத்தி உருவாக்கப்பட்டுள்ளன. டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் (TL) அணுகுமுறையானது LHMகளின் கொள்கைகளையும் பகுப்பாய்வு செய்யக்கூடிய ஒரு பயனுள்ள வடிவமைப்பு முறையாகும். பாரம்பரிய TL களுடன் ஒப்பிடுகையில், மெட்டா மெட்டீரியல் TL களின் மிக முக்கியமான அம்சம் TL அளவுருக்கள் (பரப்பு மாறிலி) மற்றும் பண்பு மின்மறுப்பு ஆகியவற்றின் கட்டுப்பாடு ஆகும். மெட்டா மெட்டீரியல் TL அளவுருக்களின் கட்டுப்பாட்டுத்தன்மையானது, அதிக கச்சிதமான அளவு, அதிக செயல்திறன் மற்றும் புதிய செயல்பாடுகளுடன் ஆண்டெனா கட்டமைப்புகளை வடிவமைப்பதற்கான புதிய யோசனைகளை வழங்குகிறது. படம் 1 (a), (b), மற்றும் (c) தூய வலது கை டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் (PRH), தூய இடது கை டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் (PLH) மற்றும் கலப்பு இடது வலது கை டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் (பிஎல்ஹெச்) ஆகியவற்றின் இழப்பற்ற சுற்று மாதிரிகளைக் காட்டுகிறது. CRLH), முறையே. படம் 1(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, PRH TL சமமான சர்க்யூட் மாடல் பொதுவாக தொடர் தூண்டல் மற்றும் ஷன்ட் கொள்ளளவு ஆகியவற்றின் கலவையாகும். படம் 1(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, PLH TL சர்க்யூட் மாடல் என்பது ஷண்ட் இண்டக்டன்ஸ் மற்றும் தொடர் கொள்ளளவு ஆகியவற்றின் கலவையாகும். நடைமுறை பயன்பாடுகளில், PLH சர்க்யூட்டை செயல்படுத்துவது சாத்தியமில்லை. இது தவிர்க்க முடியாத ஒட்டுண்ணி தொடர் தூண்டல் மற்றும் ஷன்ட் கொள்ளளவு விளைவுகளால் ஏற்படுகிறது. எனவே, தற்போது உணரக்கூடிய இடது கை பரிமாற்றக் கோட்டின் பண்புகள் அனைத்தும் படம் 1(c) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, இடது கை மற்றும் வலது கை கட்டமைப்புகள் ஆகும்.

படம் 1 வெவ்வேறு டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் சர்க்யூட் மாதிரிகள்

டிரான்ஸ்மிஷன் லைன் (TL) இன் பரவல் மாறிலி (γ) இவ்வாறு கணக்கிடப்படுகிறது: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), இங்கு Y மற்றும் Z ஆகியவை முறையே சேர்க்கை மற்றும் மின்மறுப்பைக் குறிக்கின்றன. CRLH-TL, Z மற்றும் Y ஆகியவற்றைக் கருத்தில் கொண்டு இவ்வாறு வெளிப்படுத்தலாம்:

ஒரு சீரான CRLH TL பின்வரும் சிதறல் தொடர்பைக் கொண்டிருக்கும்:

நிலை மாறிலி β முற்றிலும் உண்மையான எண்ணாகவோ அல்லது முற்றிலும் கற்பனை எண்ணாகவோ இருக்கலாம். ஒரு அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் β முற்றிலும் உண்மையானதாக இருந்தால், γ=jβ நிபந்தனையின் காரணமாக அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் ஒரு பாஸ்பேண்ட் உள்ளது. மறுபுறம், β என்பது ஒரு அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் முற்றிலும் கற்பனை எண்ணாக இருந்தால், γ=α நிபந்தனையின் காரணமாக அதிர்வெண் வரம்பிற்குள் ஒரு ஸ்டாப்பேண்ட் உள்ளது. இந்த ஸ்டாப்பேண்ட் CRLH-TLக்கு தனித்துவமானது மற்றும் PRH-TL அல்லது PLH-TL இல் இல்லை. புள்ளிவிவரங்கள் 2 (a), (b), மற்றும் (c) முறையே PRH-TL, PLH-TL மற்றும் CRLH-TL ஆகியவற்றின் சிதறல் வளைவுகளை (அதாவது, ω - β உறவு) காட்டுகிறது. சிதறல் வளைவுகளின் அடிப்படையில், பரிமாற்றக் கோட்டின் குழு வேகம் (vg=∂ω/∂β) மற்றும் கட்ட வேகம் (vp=ω/β) ஆகியவை பெறப்பட்டு மதிப்பிடப்படலாம். PRH-TL க்கு, vg மற்றும் vp இணையாக இருக்கும் (அதாவது vpvg>0) வளைவிலிருந்தும் ஊகிக்க முடியும். PLH-TLக்கு, vg மற்றும் vp இணையாக இல்லை 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) இல் இருந்து பார்க்க முடியும், CRLH-TL க்கு, γ ஒரு தூய உண்மையான எண்ணாக இருந்தால், ஒரு ஸ்டாப் பேண்ட் உள்ளது.

படம் 2 வெவ்வேறு பரிமாற்றக் கோடுகளின் சிதறல் வளைவுகள்

வழக்கமாக, CRLH-TL இன் தொடர் மற்றும் இணையான அதிர்வுகள் வேறுபட்டவை, இது சமநிலையற்ற நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது. இருப்பினும், தொடர் மற்றும் இணையான அதிர்வு அதிர்வெண்கள் ஒரே மாதிரியாக இருக்கும்போது, அது ஒரு சமநிலை நிலை என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இதன் விளைவாக எளிமைப்படுத்தப்பட்ட சமமான சுற்று மாதிரி படம் 3(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது.

படம் 3 சுற்று மாதிரி மற்றும் கலப்பு இடது கை பரிமாற்றக் கோட்டின் சிதறல் வளைவு

அதிர்வெண் அதிகரிக்கும் போது, CRLH-TL இன் சிதறல் பண்புகள் படிப்படியாக அதிகரிக்கும். ஏனெனில் கட்ட வேகம் (அதாவது, vp=ω/β) பெருகிய முறையில் அதிர்வெண்ணைச் சார்ந்துள்ளது. குறைந்த அதிர்வெண்களில், CRLH-TL ஆனது LH ஆல் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது, அதே நேரத்தில் அதிக அதிர்வெண்களில், CRLH-TL RH ஆல் ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. இது CRLH-TL இன் இரட்டை தன்மையை சித்தரிக்கிறது. சமநிலை CRLH-TL சிதறல் வரைபடம் படம் 3(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. படம் 3(b) இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி, LH இலிருந்து RH க்கு மாறுவது:

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

ZL மற்றும் ZR ஆகியவை முறையே PLH மற்றும் PRH மின்மறுப்புகள் ஆகும். சமநிலையற்ற வழக்குக்கு, பண்பு மின்மறுப்பு அதிர்வெண்ணைப் பொறுத்தது. மேலே உள்ள சமன்பாடு, சமச்சீர் வழக்கு அதிர்வெண்ணிலிருந்து சுயாதீனமாக இருப்பதைக் காட்டுகிறது, எனவே அது பரந்த அலைவரிசை பொருத்தத்தைக் கொண்டிருக்கலாம். மேலே பெறப்பட்ட TL சமன்பாடு CRLH பொருளை வரையறுக்கும் அமைப்பு அளவுருக்கள் போன்றது. TL இன் பரவல் மாறிலி γ=jβ=Sqrt(ZY) ஆகும். பொருளின் பரவல் மாறிலி (β=ω x Sqrt(εμ)) கொடுக்கப்பட்டால், பின்வரும் சமன்பாட்டைப் பெறலாம்:

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

சமநிலை மற்றும் சமநிலையற்ற CRLH-TL இன் ஒளிவிலகல் குறியீடு (அதாவது, n = cβ/ω) படம் 4 இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. படம் 4 இல், அதன் LH வரம்பில் உள்ள CRLH-TL இன் ஒளிவிலகல் குறியீடு எதிர்மறையாகவும் அதன் RH இல் உள்ள ஒளிவிலகல் குறியீடு வரம்பு நேர்மறையானது.

படம் 4 சமச்சீர் மற்றும் சமநிலையற்ற CRLH TLகளின் வழக்கமான ஒளிவிலகல் குறியீடுகள்.

1. LC நெட்வொர்க்
படம் 5(a) இல் காட்டப்பட்டுள்ள பேண்ட்பாஸ் LC செல்களை அடுக்கி வைப்பதன் மூலம், ஒரு பொதுவான CRLH-TL நீளம் d இன் பயனுள்ள சீரான தன்மையுடன் அவ்வப்போது அல்லது அவ்வப்போது உருவாக்கப்படலாம். பொதுவாக, CRLH-TL கணக்கீடு மற்றும் உற்பத்தியின் வசதியை உறுதிப்படுத்த, சுற்று அவ்வப்போது இருக்க வேண்டும். படம் 1(c) மாதிரியுடன் ஒப்பிடும்போது, படம் 5(a) இன் சர்க்யூட் செல் அளவு இல்லை மற்றும் இயற்பியல் நீளம் எண்ணற்ற சிறியதாக உள்ளது (அதாவது, மீட்டரில் Δz). அதன் மின் நீளத்தை θ=Δφ (ரேட்) கருத்தில் கொண்டு, LC கலத்தின் கட்டத்தை வெளிப்படுத்தலாம். இருப்பினும், உண்மையில் பயன்படுத்தப்பட்ட தூண்டல் மற்றும் கொள்ளளவை உணர, ஒரு இயற்பியல் நீளம் p நிறுவப்பட வேண்டும். பயன்பாட்டு தொழில்நுட்பத்தின் தேர்வு (மைக்ரோஸ்ட்ரிப், கோப்லனர் அலை வழிகாட்டி, மேற்பரப்பு ஏற்ற கூறுகள் போன்றவை) LC கலத்தின் இயற்பியல் அளவை பாதிக்கும். படம் 5(a) இன் LC செல், படம் 1(c) இன் அதிகரிக்கும் மாதிரியைப் போன்றது, அதன் வரம்பு p=Δz→0. படம் 5(b) இல் உள்ள சீரான நிலை p→0 இன் படி, ஒரு TL ஐ கட்டமைக்க முடியும் (கேஸ்கேடிங் LC செல்கள் மூலம்) இது d நீளம் கொண்ட ஒரு சிறந்த சீரான CRLH-TL க்கு சமமானதாகும், இதனால் TL ஆனது மின்காந்த அலைகளுக்கு ஒரே மாதிரியாகத் தோன்றும்.

LC நெட்வொர்க்கை அடிப்படையாகக் கொண்ட படம் 5 CRLH TL.

LC கலத்திற்கு, Bloch-Floquet தேற்றம் போன்ற கால எல்லை நிலைகளை (PBCs) கருத்தில் கொண்டு, LC கலத்தின் சிதறல் உறவு பின்வருமாறு நிரூபிக்கப்பட்டு வெளிப்படுத்தப்படுகிறது:

LC கலத்தின் தொடர் மின்மறுப்பு (Z) மற்றும் shunt admittance (Y) ஆகியவை பின்வரும் சமன்பாடுகளால் தீர்மானிக்கப்படுகின்றன:

யூனிட் LC சர்க்யூட்டின் மின் நீளம் மிகச் சிறியதாக இருப்பதால், டெய்லர் தோராயத்தைப் பெறுவதற்குப் பயன்படுத்தலாம்:

2. உடல் செயல்படுத்தல்
முந்தைய பிரிவில், CRLH-TL ஐ உருவாக்குவதற்கான LC நெட்வொர்க் பற்றி விவாதிக்கப்பட்டது. அத்தகைய LC நெட்வொர்க்குகள் தேவையான கொள்ளளவு (CR மற்றும் CL) மற்றும் தூண்டல் (LR மற்றும் LL) ஆகியவற்றை உருவாக்கக்கூடிய இயற்பியல் கூறுகளை ஏற்றுக்கொள்வதன் மூலம் மட்டுமே உணர முடியும். சமீபத்திய ஆண்டுகளில், மேற்பரப்பு மவுண்ட் தொழில்நுட்பம் (SMT) சிப் கூறுகள் அல்லது விநியோகிக்கப்பட்ட கூறுகளின் பயன்பாடு மிகுந்த ஆர்வத்தை ஈர்த்துள்ளது. மைக்ரோஸ்ட்ரிப், ஸ்ட்ரிப்லைன், கோப்லனர் அலை வழிகாட்டி அல்லது பிற ஒத்த தொழில்நுட்பங்கள் விநியோகிக்கப்பட்ட கூறுகளை உணர பயன்படுத்தப்படலாம். SMT சில்லுகள் அல்லது விநியோகிக்கப்பட்ட கூறுகளைத் தேர்ந்தெடுக்கும்போது கருத்தில் கொள்ள வேண்டிய பல காரணிகள் உள்ளன. SMT அடிப்படையிலான CRLH கட்டமைப்புகள் மிகவும் பொதுவானவை மற்றும் பகுப்பாய்வு மற்றும் வடிவமைப்பின் அடிப்படையில் செயல்படுத்த எளிதானது. விநியோகிக்கப்பட்ட உதிரிபாகங்களுடன் ஒப்பிடும்போது மறுவடிவமைப்பு மற்றும் உற்பத்தி தேவைப்படாமல் இருக்கும் ஆஃப்-தி-ஷெல்ஃப் SMT சிப் கூறுகள் கிடைப்பதே இதற்குக் காரணம். இருப்பினும், SMT கூறுகளின் கிடைக்கும் தன்மை சிதறடிக்கப்படுகிறது, மேலும் அவை பொதுவாக குறைந்த அதிர்வெண்களில் மட்டுமே செயல்படுகின்றன (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 அடிப்படையில் விநியோகிக்கப்பட்ட கட்டமைப்பைக் காட்டுகிறது. இண்டர்டிஜிட்டல் கொள்ளளவு மற்றும் ஷார்ட் சர்க்யூட் கோடுகளால் இந்த கட்டமைப்பு உணரப்படுகிறது, இது முறையே LH இன் தொடர் கொள்ளளவு CL மற்றும் இணையான தூண்டல் LL ஆகியவற்றை உருவாக்குகிறது. கோட்டிற்கும் GND க்கும் இடையே உள்ள கொள்ளளவு RH கொள்ளளவு CR எனக் கருதப்படுகிறது, மேலும் இடைநிலை கட்டமைப்பில் உள்ள மின்னோட்ட ஓட்டத்தால் உருவாகும் காந்தப் பாய்ச்சலால் உருவாக்கப்பட்ட தூண்டல் RH தூண்டல் LR ஆகக் கருதப்படுகிறது.