I. परिचय
मेटामेटरियलहरूलाई प्राकृतिक रूपमा अवस्थित केही विद्युत चुम्बकीय गुणहरू उत्पादन गर्न कृत्रिम रूपमा डिजाइन गरिएको संरचनाको रूपमा वर्णन गर्न सकिन्छ। नकारात्मक अनुमति र नकारात्मक पारगम्यता भएका मेटामेटरियलहरूलाई लेफ्ट-ह्यान्डेड मेटामेटेरियल (LHMs) भनिन्छ। LHMs को वैज्ञानिक र ईन्जिनियरिङ् समुदायहरूमा व्यापक रूपमा अध्ययन गरिएको छ। 2003 मा, LHMs लाई विज्ञान पत्रिका द्वारा समकालीन युगको शीर्ष दस वैज्ञानिक सफलताहरू मध्ये एक नाम दिइएको थियो। LHMs को अद्वितीय गुणहरू शोषण गरेर नयाँ अनुप्रयोगहरू, अवधारणाहरू र उपकरणहरू विकास गरिएको छ। प्रसारण लाइन (TL) दृष्टिकोण एक प्रभावकारी डिजाइन विधि हो जसले LHM को सिद्धान्तहरू पनि विश्लेषण गर्न सक्छ। परम्परागत TLs को तुलनामा, मेटामेटरियल TL को सबैभन्दा महत्त्वपूर्ण विशेषता TL प्यारामिटरहरू (प्रसार स्थिर) र विशेषता प्रतिबाधाको नियन्त्रण हो। मेटामेटरियल TL प्यारामिटरहरूको नियन्त्रणले थप कम्प्याक्ट साइज, उच्च प्रदर्शन, र उपन्यास प्रकार्यहरूको साथ एन्टेना संरचनाहरू डिजाइन गर्न नयाँ विचारहरू प्रदान गर्दछ। चित्र 1 (a), (b), र (c) शुद्ध दायाँ-हात ट्रान्समिसन लाइन (PRH), शुद्ध बायाँ-हाते प्रसारण लाइन (PLH), र कम्पोजिट बायाँ-दायाँ-हात प्रसारण लाइन ( CRLH), क्रमशः। चित्र 1(a) मा देखाइए अनुसार, PRH TL समतुल्य सर्किट मोडेल सामान्यतया श्रृंखला इन्डक्टन्स र शन्ट क्यापेसिटन्सको संयोजन हो। चित्र 1(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 कारण हो। तसर्थ, बायाँ-हातको प्रसारण लाइनका विशेषताहरू जुन वर्तमानमा महसुस गर्न सकिन्छ, सबै मिश्रित बायाँ-हात र दायाँ-हात संरचनाहरू हुन्, चित्र 1(c) मा देखाइएको छ।
चित्र 1 विभिन्न प्रसारण लाइन सर्किट मोडेल
प्रसारण लाइन (TL) को प्रसार स्थिरता (γ) को रूपमा गणना गरिन्छ: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), जहाँ Y र Z क्रमशः प्रवेश र प्रतिबाधा प्रतिनिधित्व गर्दछ। CRLH-TL, Z र Y लाई विचार गर्दा यसरी व्यक्त गर्न सकिन्छ:
एक समान CRLH TL सँग निम्न फैलावट सम्बन्ध हुनेछ:
चरण स्थिर β एक विशुद्ध वास्तविक संख्या वा एक विशुद्ध काल्पनिक संख्या हुन सक्छ। यदि β फ्रिक्वेन्सी दायरा भित्र पूर्णतया वास्तविक छ भने, γ=jβ अवस्थाको कारणले आवृत्ति दायरा भित्र पासब्यान्ड हुन्छ। अर्कोतर्फ, यदि β फ्रिक्वेन्सी दायरा भित्र एक विशुद्ध काल्पनिक संख्या हो भने, γ=α अवस्थाको कारणले आवृत्ति दायरा भित्र एक स्टपब्यान्ड छ। यो स्टपब्यान्ड CRLH-TL को लागि अद्वितीय छ र PRH-TL वा PLH-TL मा अवस्थित छैन। चित्र 2 (a), (b), र (c) क्रमशः PRH-TL, PLH-TL, र CRLH-TL को फैलावट वक्र (अर्थात्, ω - β सम्बन्ध) देखाउँछन्। फैलावट कर्भको 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 (जस्तै, vpvg>0)। PLH-TL को लागि, curve ले देखाउँछ कि vg र vp समानान्तर छैनन् (जस्तै, vpvg<0)। CRLH-TL को फैलावट वक्रले LH क्षेत्र (जस्तै, vpvg < 0) र RH क्षेत्र (अर्थात, vpvg > 0) को अस्तित्व पनि देखाउँछ। CRLH-TL को लागी चित्र 2(c) बाट देख्न सकिन्छ, यदि γ शुद्ध वास्तविक संख्या हो भने, त्यहाँ स्टप ब्यान्ड हुन्छ।
चित्र २ विभिन्न प्रसारण लाइनहरूको फैलावट वक्र
सामान्यतया, सीआरएलएच-टीएलको श्रृंखला र समानान्तर अनुनादहरू फरक हुन्छन्, जसलाई असंतुलित अवस्था भनिन्छ। यद्यपि, जब श्रृंखला र समानान्तर अनुनाद फ्रिक्वेन्सीहरू समान हुन्छन्, यसलाई सन्तुलित अवस्था भनिन्छ, र परिणामस्वरूप सरलीकृत समकक्ष सर्किट मोडेल चित्र 3(a) मा देखाइएको छ।
चित्र 3 सर्किट मोडेल र कम्पोजिट बायाँ-हात प्रसारण लाइनको फैलावट कर्भ
आवृत्ति बढ्दै जाँदा, CRLH-TL को फैलावट विशेषताहरू बिस्तारै बढ्दै जान्छ। यो किनभने चरण वेग (अर्थात्, vp=ω/β) बढ्दो आवृत्तिमा निर्भर हुन्छ। कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा, CRLH-TL LH द्वारा हावी हुन्छ, जबकि उच्च आवृत्तिहरूमा, CRLH-TL RH द्वारा हावी हुन्छ। यसले CRLH-TL को दोहोरो प्रकृति चित्रण गर्दछ। सन्तुलन CRLH-TL फैलावट रेखाचित्र चित्र 3(b) मा देखाइएको छ। चित्र 3(b) मा देखाइए अनुसार, LH बाट RH मा संक्रमण हुन्छ:
जहाँ ω0 संक्रमण आवृत्ति हो। तसर्थ, सन्तुलित अवस्थामा, LH बाट RH मा एक 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 असीम सापेक्ष, अर्थात्, λg=2π/|β|), तरंग अझै पनि प्रचार गर्छ किनभने ω0 मा vg शून्य होइन। त्यसैगरी, ω0 मा, लम्बाइ d (अर्थात्, φ= - βd=0) को TL को लागि फेज शिफ्ट शून्य हुन्छ। चरण अग्रिम (अर्थात्, φ>0) LH फ्रिक्वेन्सी दायरा (जस्तै, ω<ω0) मा हुन्छ, र चरण रिटार्डेसन (अर्थात, φ<0) आरएच फ्रिक्वेन्सी 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 अवस्थामा, विशेषता प्रतिबाधा आवृत्ति मा निर्भर गर्दछ। माथिको समीकरणले सन्तुलित केस फ्रिक्वेन्सीबाट स्वतन्त्र छ भनेर देखाउँछ, त्यसैले यसले फराकिलो ब्यान्डविथ मिलाउन सक्छ। माथि व्युत्पन्न TL समीकरण CRLH सामग्री परिभाषित गर्ने संवैधानिक प्यारामिटरहरूसँग मिल्दोजुल्दो छ। TL को प्रसार स्थिरता γ=jβ=Sqrt(ZY) हो। सामग्रीको प्रसार स्थिरता (β=ω x Sqrt(εμ)) लाई दिएर, निम्न समीकरण प्राप्त गर्न सकिन्छ:
त्यसै गरी, TL को विशेषता प्रतिबाधा, अर्थात्, Z0=Sqrt(ZY), सामग्रीको विशेषता प्रतिबाधा जस्तै छ, जस्तै, η=Sqrt(μ/ε), जसलाई यसरी व्यक्त गरिएको छ:
सन्तुलित र असंतुलित CRLH-TL (अर्थात्, n = cβ/ω) को अपवर्तक सूचकांक चित्र 4 मा देखाइएको छ। चित्र 4 मा, यसको LH दायरामा CRLH-TL को अपवर्तक सूचकांक ऋणात्मक छ र यसको RH मा अपवर्तक सूचकांक। दायरा सकारात्मक छ।
चित्र 4 सन्तुलित र असंतुलित CRLH TLs को विशिष्ट अपवर्तक सूचकांक।
1. LC नेटवर्क
चित्र 5(a) मा देखाइएको ब्यान्डपास LC कोशिकाहरूलाई क्यास्केड गरेर, लम्बाइ d को प्रभावकारी एकरूपताको साथ एक विशिष्ट CRLH-TL आवधिक वा गैर आवधिक रूपमा निर्माण गर्न सकिन्छ। सामान्यतया, CRLH-TL को गणना र निर्माणको सुविधा सुनिश्चित गर्न, सर्किट आवधिक हुन आवश्यक छ। चित्र 1(c) को मोडेलसँग तुलना गर्दा, चित्र 5(a) को सर्किट सेलको कुनै आकार छैन र भौतिक लम्बाइ असीम रूपमा सानो छ (अर्थात्, मिटरमा Δz)। यसको विद्युतीय लम्बाइ θ=Δφ (rad) लाई विचार गर्दै, LC सेलको चरण व्यक्त गर्न सकिन्छ। यद्यपि, वास्तवमा लागू गरिएको इन्डक्टन्स र क्यापेसिटन्सलाई महसुस गर्नको लागि, भौतिक लम्बाइ p स्थापना गर्न आवश्यक छ। एप्लिकेसन टेक्नोलोजीको छनोट (जस्तै माइक्रोस्ट्रिप, कोप्लनर वेभगाइड, सतह माउन्ट कम्पोनेन्टहरू, आदि) ले LC सेलको भौतिक आकारलाई असर गर्नेछ। चित्र 5(a) को LC सेल चित्र 1(c) को वृद्धिशील मोडेल जस्तै छ, र यसको सीमा p=Δz→0। चित्र 5(b) मा एकरूपता अवस्था p→0 अनुसार, एक TL निर्माण गर्न सकिन्छ (LC कक्षहरू क्यास्केड गरेर) जुन लम्बाइ d को साथ एक आदर्श समान CRLH-TL बराबर हो, ताकि TL विद्युत चुम्बकीय तरंगहरूमा एकरूप देखिन्छ।
चित्र 5 LC नेटवर्कमा आधारित CRLH TL।
LC सेलको लागि, ब्लोच-फ्लोक्वेट प्रमेय जस्तै आवधिक सीमा अवस्था (PBCs) लाई विचार गर्दै, LC सेलको फैलावट सम्बन्धलाई निम्न रूपमा प्रमाणित र व्यक्त गरिएको छ:
LC सेलको श्रृंखला प्रतिबाधा (Z) र शन्ट प्रवेश (Y) निम्न समीकरणहरूद्वारा निर्धारण गरिन्छ:
एकाइ LC सर्किटको विद्युतीय लम्बाइ धेरै सानो भएकोले, टेलर अनुमान प्राप्त गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ:
२. भौतिक कार्यान्वयन
अघिल्लो खण्डमा, CRLH-TL उत्पन्न गर्न LC नेटवर्कको बारेमा छलफल गरिएको छ। त्यस्ता LC सञ्जालहरू आवश्यक क्यापेसिटन्स (CR र CL) र inductance (LR र LL) उत्पादन गर्न सक्ने भौतिक कम्पोनेन्टहरू अपनाएर मात्र महसुस गर्न सकिन्छ। हालका वर्षहरूमा, सतह माउन्ट टेक्नोलोजी (एसएमटी) चिप कम्पोनेन्टहरू वा वितरित कम्पोनेन्टहरूको अनुप्रयोगले ठूलो चासो आकर्षित गरेको छ। Microstrip, stripline, coplanar waveguide वा अन्य समान प्रविधिहरू वितरित कम्पोनेन्टहरू महसुस गर्न प्रयोग गर्न सकिन्छ। SMT चिप्स वा वितरित कम्पोनेन्टहरू छनौट गर्दा विचार गर्नुपर्ने धेरै कारकहरू छन्। SMT-आधारित CRLH संरचनाहरू विश्लेषण र डिजाइनको सन्दर्भमा लागू गर्न धेरै सामान्य र सजिलो छन्। यो अफ-द-शेल्फ SMT चिप कम्पोनेन्टहरूको उपलब्धताको कारणले हो, जसलाई वितरित कम्पोनेन्टहरूको तुलनामा पुन: निर्माण र निर्माणको आवश्यकता पर्दैन। यद्यपि, SMT कम्पोनेन्टहरूको उपलब्धता छरिएको छ, र तिनीहरू सामान्यतया कम फ्रिक्वेन्सीहरूमा मात्र काम गर्छन् (जस्तै, 3-6GHz)। तसर्थ, SMT-आधारित CRLH संरचनाहरूमा सीमित परिचालन आवृत्ति दायराहरू र विशिष्ट चरण विशेषताहरू छन्। उदाहरणका लागि, विकिरण गर्ने अनुप्रयोगहरूमा, SMT चिप कम्पोनेन्टहरू सम्भव नहुन सक्छ। चित्र 6 ले CRLH-TL मा आधारित वितरित संरचना देखाउँछ। संरचनालाई इन्टरडिजिटल क्यापेसिटन्स र सर्ट-सर्किट लाइनहरूद्वारा महसुस गरिएको छ, क्रमशः LH को श्रृंखला क्यापेसिटन्स CL र समानान्तर इन्डक्टन्स LL बनाउँछ। रेखा र GND बीचको क्यापेसिटन्सलाई RH capacitance CR मानिन्छ, र इन्टरडिजिटल संरचनामा वर्तमान प्रवाहद्वारा निर्मित चुम्बकीय प्रवाहद्वारा उत्पन्न हुने इन्डक्टेन्सलाई RH इन्डक्टन्स LR मानिन्छ।
चित्र 6 एक-आयामी माइक्रोस्ट्रिप CRLH TL इन्टरडिजिटल क्यापेसिटरहरू र छोटो-लाइन इन्डक्टरहरू समावेश गर्दछ।
एन्टेना बारे थप जान्नको लागि, कृपया भ्रमण गर्नुहोस्:
पोस्ट समय: अगस्ट-23-2024
