परिचय
मेटामेटेरियलहरूलाई प्राकृतिक रूपमा अवस्थित नभएका निश्चित विद्युत चुम्बकीय गुणहरू उत्पादन गर्न कृत्रिम रूपमा डिजाइन गरिएका संरचनाहरूको रूपमा वर्णन गर्न सकिन्छ। नकारात्मक अनुमति र नकारात्मक पारगम्यता भएका मेटामेटेरियलहरूलाई बायाँ-हात मेटामेटेरियलहरू (LHMs) भनिन्छ। LHM हरूको वैज्ञानिक र इन्जिनियरिङ समुदायहरूमा व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको छ। २००३ मा, विज्ञान पत्रिकाले LHM हरूलाई समकालीन युगको शीर्ष दस वैज्ञानिक सफलताहरू मध्ये एकको रूपमा नाम दिएको थियो। LHM हरूको अद्वितीय गुणहरूको शोषण गरेर नयाँ अनुप्रयोगहरू, अवधारणाहरू र उपकरणहरू विकास गरिएको छ। प्रसारण लाइन (TL) दृष्टिकोण एक प्रभावकारी डिजाइन विधि हो जसले LHM हरूको सिद्धान्तहरूको पनि विश्लेषण गर्न सक्छ। परम्परागत TL हरूको तुलनामा, मेटामेटेरियल TL हरूको सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण विशेषता TL प्यारामिटरहरू (प्रसार स्थिरता) र विशेषता प्रतिबाधाको नियन्त्रणयोग्यता हो। मेटामेटेरियल TL प्यारामिटरहरूको नियन्त्रणयोग्यताले अधिक कम्प्याक्ट आकार, उच्च प्रदर्शन, र उपन्यास प्रकार्यहरूको साथ एन्टेना संरचनाहरू डिजाइन गर्न नयाँ विचारहरू प्रदान गर्दछ। चित्र १ (a), (b), र (c) ले क्रमशः शुद्ध दायाँ-हात प्रसारण लाइन (PRH), शुद्ध बायाँ-हात प्रसारण लाइन (PLH), र कम्पोजिट बायाँ-दायाँ-हात प्रसारण लाइन (CRLH) को हानिरहित सर्किट मोडेलहरू देखाउँछन्। चित्र १ (a) मा देखाइए अनुसार, PRH TL समतुल्य सर्किट मोडेल सामान्यतया श्रृंखला इन्डक्टन्स र शन्ट क्यापेसिटन्सको संयोजन हो। चित्र १ (b) मा देखाइए अनुसार, PLH TL सर्किट मोडेल शन्ट इन्डक्टन्स र श्रृंखला क्यापेसिटन्सको संयोजन हो। व्यावहारिक अनुप्रयोगहरूमा, PLH सर्किट लागू गर्न सम्भव छैन। यो अपरिहार्य परजीवी श्रृंखला इन्डक्टन्स र शन्ट क्यापेसिटन्स प्रभावहरूको कारणले हो। त्यसकारण, बायाँ-हात प्रसारण लाइनका विशेषताहरू जुन हाल महसुस गर्न सकिन्छ सबै कम्पोजिट बायाँ-हात र दायाँ-हात संरचनाहरू हुन्, जस्तै चित्र १ (c) मा देखाइएको छ।
चित्र १ विभिन्न प्रसारण लाइन सर्किट मोडेलहरू
प्रसारण लाइन (TL) को प्रसार स्थिरांक (γ) निम्न रूपमा गणना गरिन्छ: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), जहाँ Y र Z ले क्रमशः प्रवेश र प्रतिबाधा प्रतिनिधित्व गर्दछ। CRLH-TL लाई विचार गर्दा, Z र Y लाई निम्न रूपमा व्यक्त गर्न सकिन्छ:
एक समान CRLH TL मा निम्न फैलावट सम्बन्ध हुनेछ:
चरण स्थिरांक β एक पूर्ण वास्तविक संख्या वा एक पूर्ण काल्पनिक संख्या हुन सक्छ। यदि β एक आवृत्ति दायरा भित्र पूर्ण रूपमा वास्तविक छ भने, अवस्था γ=jβ को कारणले फ्रिक्वेन्सी दायरा भित्र एक पासब्यान्ड हुन्छ। अर्कोतर्फ, यदि β एक आवृत्ति दायरा भित्र एक विशुद्ध काल्पनिक संख्या हो भने, अवस्था γ=α को कारणले फ्रिक्वेन्सी दायरा भित्र एक स्टपब्यान्ड हुन्छ। यो स्टपब्यान्ड CRLH-TL को लागि अद्वितीय छ र PRH-TL वा PLH-TL मा अवस्थित छैन। चित्र २ (a), (b), र (c) ले क्रमशः PRH-TL, PLH-TL, र CRLH-TL को फैलावट वक्रहरू (अर्थात्, ω - β सम्बन्ध) देखाउँछन्। फैलावट वक्रहरूको आधारमा, प्रसारण लाइनको समूह वेग (vg=∂ω/∂β) र चरण वेग (vp=ω/β) निकाल्न र अनुमान गर्न सकिन्छ। PRH-TL को लागि, यो वक्रबाट पनि अनुमान गर्न सकिन्छ कि vg र vp समानान्तर छन् (अर्थात्, vpvg>0)। PLH-TL को लागि, वक्रले देखाउँछ कि vg र vp समानान्तर छैनन् (अर्थात्, vpvg<0)। CRLH-TL को फैलावट वक्रले LH क्षेत्र (अर्थात्, vpvg < 0) र RH क्षेत्र (अर्थात्, vpvg > 0) को अस्तित्व पनि देखाउँछ। चित्र २(c) बाट देख्न सकिन्छ, CRLH-TL को लागि, यदि γ शुद्ध वास्तविक संख्या हो भने, त्यहाँ एक स्टप ब्यान्ड हुन्छ।
चित्र २ विभिन्न प्रसारण लाइनहरूको फैलावट वक्रहरू
सामान्यतया, CRLH-TL को श्रृंखला र समानान्तर अनुनाद फरक हुन्छन्, जसलाई असंतुलित अवस्था भनिन्छ। यद्यपि, जब श्रृंखला र समानान्तर अनुनाद आवृत्तिहरू समान हुन्छन्, यसलाई सन्तुलित अवस्था भनिन्छ, र परिणामस्वरूप सरलीकृत समतुल्य सर्किट मोडेल चित्र 3(a) मा देखाइएको छ।
चित्र ३ कम्पोजिट बायाँ-हात प्रसारण लाइनको सर्किट मोडेल र फैलावट वक्र
फ्रिक्वेन्सी बढ्दै जाँदा, CRLH-TL को फैलावट विशेषताहरू बिस्तारै बढ्दै जान्छन्। यो किनभने चरण वेग (अर्थात्, vp=ω/β) फ्रिक्वेन्सीमा बढ्दो रूपमा निर्भर हुँदै जान्छ। कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा, CRLH-TL मा LH को प्रभुत्व हुन्छ, जबकि उच्च फ्रिक्वेन्सीहरूमा, CRLH-TL मा RH को प्रभुत्व हुन्छ। यसले CRLH-TL को दोहोरो प्रकृतिलाई चित्रण गर्दछ। सन्तुलन CRLH-TL फैलावट रेखाचित्र चित्र 3(b) मा देखाइएको छ। चित्र 3(b) मा देखाइए अनुसार, LH बाट RH मा संक्रमण निम्न स्थानमा हुन्छ:
जहाँ ω0 संक्रमण आवृत्ति हो। त्यसकारण, सन्तुलित अवस्थामा, LH बाट RH मा सहज संक्रमण हुन्छ किनभने γ एक विशुद्ध काल्पनिक संख्या हो। त्यसकारण, सन्तुलित CRLH-TL फैलावटको लागि कुनै स्टपब्यान्ड छैन। यद्यपि β ω0 मा शून्य छ (निर्देशित तरंगदैर्ध्यको सापेक्षमा असीम, अर्थात्, λg=2π/|β|), तरंग अझै पनि फैलिन्छ किनभने ω0 मा vg शून्य छैन। त्यस्तै गरी, ω0 मा, लम्बाइ d को TL को लागि चरण परिवर्तन शून्य छ (अर्थात्, φ= - βd=0)। चरण अग्रिम (अर्थात्, φ>0) LH आवृत्ति दायरा (अर्थात्, ω<ω0) मा हुन्छ, र चरण मंदता (अर्थात्, φ<0) RH आवृत्ति दायरा (अर्थात्, ω>ω0) मा हुन्छ। CRLH TL को लागि, विशेषता प्रतिबाधा निम्नानुसार वर्णन गरिएको छ:
जहाँ ZL र ZR क्रमशः PLH र PRH प्रतिबाधाहरू हुन्। असंतुलित केसको लागि, विशेषता प्रतिबाधा फ्रिक्वेन्सीमा निर्भर गर्दछ। माथिको समीकरणले देखाउँछ कि सन्तुलित केस फ्रिक्वेन्सीबाट स्वतन्त्र छ, त्यसैले यसको फराकिलो ब्यान्डविथ मिलान हुन सक्छ। माथि निकालिएको TL समीकरण CRLH सामग्री परिभाषित गर्ने संरचनात्मक प्यारामिटरहरू जस्तै छ। TL को प्रसार स्थिरांक γ=jβ=Sqrt(ZY) हो। सामग्रीको प्रसार स्थिरांक (β=ω x Sqrt(εμ)) दिएर, निम्न समीकरण प्राप्त गर्न सकिन्छ:
त्यस्तै गरी, TL को विशेषता प्रतिबाधा, अर्थात्, Z0=Sqrt(ZY), सामग्रीको विशेषता प्रतिबाधा जस्तै छ, अर्थात्, η=Sqrt(μ/ε), जसलाई यसरी व्यक्त गरिन्छ:
सन्तुलित र असंतुलित CRLH-TL (अर्थात्, n = cβ/ω) को अपवर्तन सूचकांक चित्र ४ मा देखाइएको छ। चित्र ४ मा, यसको LH दायरामा CRLH-TL को अपवर्तन सूचकांक ऋणात्मक छ र यसको RH दायरामा अपवर्तन सूचकांक धनात्मक छ।
चित्र ४ सन्तुलित र असंतुलित CRLH TL को विशिष्ट अपवर्तक सूचकांकहरू।
१. एलसी नेटवर्क
चित्र ५(a) मा देखाइएको ब्यान्डपास LC कोषहरूलाई क्यास्केड गरेर, लम्बाइ d को प्रभावकारी एकरूपता भएको विशिष्ट CRLH-TL आवधिक वा गैर-आवधिक रूपमा निर्माण गर्न सकिन्छ। सामान्यतया, CRLH-TL को गणना र निर्माणको सुविधा सुनिश्चित गर्न, सर्किट आवधिक हुनु आवश्यक छ। चित्र १(c) को मोडेलको तुलनामा, चित्र ५(a) को सर्किट कोषको कुनै आकार छैन र भौतिक लम्बाइ असीम रूपमा सानो छ (अर्थात्, मिटरमा Δz)। यसको विद्युतीय लम्बाइ θ=Δφ (rad) लाई ध्यानमा राख्दै, LC कोषको चरण व्यक्त गर्न सकिन्छ। यद्यपि, लागू गरिएको इन्डक्टन्स र क्यापेसिटन्सलाई वास्तवमा महसुस गर्न, भौतिक लम्बाइ p स्थापना गर्न आवश्यक छ। अनुप्रयोग प्रविधिको छनोट (जस्तै माइक्रोस्ट्रिप, कोप्लानर वेभगाइड, सतह माउन्ट कम्पोनेन्टहरू, आदि) ले LC कोषको भौतिक आकारलाई असर गर्नेछ। चित्र ५(a) को LC कोष चित्र १(c) को वृद्धिशील मोडेल जस्तै छ, र यसको सीमा p=Δz→0 छ। चित्र ५(b) मा एकरूपता अवस्था p→० अनुसार, एक TL निर्माण गर्न सकिन्छ (LC कोषहरूलाई क्यास्केड गरेर) जुन लम्बाइ d भएको आदर्श एकरूप CRLH-TL बराबर हुन्छ, ताकि TL विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूसँग एकरूप देखिन्छ।
चित्र ५ LC नेटवर्कमा आधारित CRLH TL।
LC सेलको लागि, ब्लोच-फ्लोक्वेट प्रमेय जस्तै आवधिक सीमा अवस्थाहरू (PBCs) लाई विचार गर्दा, LC सेलको फैलावट सम्बन्ध निम्नानुसार प्रमाणित र व्यक्त गरिएको छ:
LC सेलको श्रृंखला प्रतिबाधा (Z) र शन्ट प्रवेश (Y) निम्न समीकरणहरूद्वारा निर्धारण गरिन्छ:
युनिट LC सर्किटको विद्युतीय लम्बाइ धेरै सानो भएकोले, टेलर अनुमानलाई प्राप्त गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ:
२. भौतिक कार्यान्वयन
अघिल्लो खण्डमा, CRLH-TL उत्पन्न गर्ने LC नेटवर्कको बारेमा छलफल गरिएको छ। यस्ता LC नेटवर्कहरू आवश्यक क्यापेसिटन्स (CR र CL) र इन्डक्टन्स (LR र LL) उत्पादन गर्न सक्ने भौतिक कम्पोनेन्टहरू अपनाएर मात्र प्राप्त गर्न सकिन्छ। हालका वर्षहरूमा, सतह माउन्ट टेक्नोलोजी (SMT) चिप कम्पोनेन्टहरू वा वितरित कम्पोनेन्टहरूको प्रयोगले ठूलो चासो आकर्षित गरेको छ। वितरित कम्पोनेन्टहरू प्राप्त गर्न माइक्रोस्ट्रिप, स्ट्रिपलाइन, कोप्लानर वेभगाइड वा अन्य समान प्रविधिहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ। SMT चिप्स वा वितरित कम्पोनेन्टहरू छनौट गर्दा विचार गर्नुपर्ने धेरै कारकहरू छन्। SMT-आधारित CRLH संरचनाहरू विश्लेषण र डिजाइनको सन्दर्भमा अधिक सामान्य र कार्यान्वयन गर्न सजिलो छन्। यो अफ-द-शेल्फ SMT चिप कम्पोनेन्टहरूको उपलब्धताको कारणले हो, जसलाई वितरित कम्पोनेन्टहरूको तुलनामा पुनर्निर्माण र निर्माण आवश्यक पर्दैन। यद्यपि, SMT कम्पोनेन्टहरूको उपलब्धता छरिएको छ, र तिनीहरू सामान्यतया कम फ्रिक्वेन्सीहरू (अर्थात्, 3-6GHz) मा मात्र काम गर्छन्। त्यसकारण, SMT-आधारित CRLH संरचनाहरूमा सीमित अपरेटिङ फ्रिक्वेन्सी दायराहरू र विशिष्ट चरण विशेषताहरू हुन्छन्। उदाहरणका लागि, रेडिएटिंग अनुप्रयोगहरूमा, SMT चिप कम्पोनेन्टहरू सम्भव नहुन सक्छन्। चित्र ६ ले CRLH-TL मा आधारित वितरित संरचना देखाउँछ। संरचना इन्टरडिजिटल क्यापेसिटन्स र सर्ट-सर्किट लाइनहरू द्वारा प्राप्त गरिन्छ, जसले क्रमशः LH को श्रृंखला क्यापेसिटन्स CL र समानान्तर इन्डक्टन्स LL बनाउँछ। रेखा र GND बीचको क्यापेसिटन्सलाई RH क्यापेसिटन्स CR मानिन्छ, र इन्टरडिजिटल संरचनामा वर्तमान प्रवाहद्वारा गठित चुम्बकीय प्रवाहद्वारा उत्पन्न इन्डक्टन्सलाई RH इन्डक्टन्स LR मानिन्छ।
चित्र ६ एक-आयामी माइक्रोस्ट्रिप CRLH TL जसमा इन्टरडिजिटल क्यापेसिटर र सर्ट-लाइन इन्डक्टरहरू समावेश छन्।
एन्टेनाको बारेमा थप जान्नको लागि, कृपया भ्रमण गर्नुहोस्:
पोस्ट समय: अगस्ट-२३-२०२४
