خەۋەرلەر - مېتاماتېريال يەتكۈزۈش لىنىيىسى ئانتېننالىرىنىڭ باھالىشى

I. كىرىش سۆز
مېتاماتېرىياللارنى تەبىئىي مەۋجۇت بولمىغان بەزى ئېلېكترو ماگنىت خۇسۇسىيەتلىرىنى ئىشلەپچىقىرىش ئۈچۈن سۈنئىي لايىھەلەنگەن قۇرۇلمىلار دەپ تەسۋىرلەشكە بولىدۇ. مەنپىي ئۆتكۈزۈشچانلىقى ۋە مەنپىي ئۆتكۈزۈشچانلىقىغا ئىگە مېتاماتېرىياللار سول قول مېتاماتېرىياللىرى (LHMs) دەپ ئاتىلىدۇ. LHMs ئىلمىي ۋە قۇرۇلۇش ساھەسىدە كەڭ كۆلەمدە تەتقىق قىلىندى. 2003-يىلى، LHMs «Science» ژۇرنىلى تەرىپىدىن زامانىۋى دەۋرنىڭ ئالدىنقى ئون ئىلمىي بۆسۈشىنىڭ بىرى دەپ باھالانغان. LHMs نىڭ ئۆزگىچە خۇسۇسىيەتلىرىدىن پايدىلىنىش ئارقىلىق يېڭى قوللىنىشچان پروگراممىلار، ئۇقۇملار ۋە ئۈسكۈنىلەر تەرەققىي قىلدۇرۇلدى. يەتكۈزۈش لىنىيىسى (TL) ئۇسۇلى LHMs نىڭ پىرىنسىپلىرىنى تەھلىل قىلالايدىغان ئۈنۈملۈك لايىھەلەش ئۇسۇلى. ئەنئەنىۋى TLs بىلەن سېلىشتۇرغاندا، مېتاماتېرىيال TLs نىڭ ئەڭ مۇھىم ئالاھىدىلىكى TL پارامېتىرلىرى (تارقىلىش تۇراقلىقى) ۋە خاس ئىمپېدانسنى كونترول قىلىش ئىقتىدارى. مېتاماتېرىيال TL پارامېتىرلىرىنىڭ كونترول قىلىنىشى تېخىمۇ كىچىك چوڭلۇقتىكى، يۇقىرى ئىقتىداردىكى ۋە يېڭى فۇنكسىيەلىك ئانتېننا قۇرۇلمىلىرىنى لايىھىلەش ئۈچۈن يېڭى ئىدىيەلەرنى تەمىنلەيدۇ. 1-رەسىم (a)، (b) ۋە (c) لاردا ئايرىم-ئايرىم ھالدا ساپ ئوڭ قوللۇق يەتكۈزۈش لىنىيىسى (PRH)، ساپ سول قوللۇق يەتكۈزۈش لىنىيىسى (PLH) ۋە بىرىكمە سول-ئوڭ قوللۇق يەتكۈزۈش لىنىيىسى (CRLH) نىڭ زىيانسىز توك يولى مودېللىرى كۆرسىتىلدى. 1(a)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، PRH TL ئېكۋىۋالېنت توك يولى مودېلى ئادەتتە تىزىلغان ئىندۇكسىيە ۋە شۇنت سىغىمچانلىقىنىڭ بىرىكمىسىدىن تەركىب تاپىدۇ. 1(b)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، PLH TL توك يولى مودېلى شۇنت ئىندۇكسىيەسى ۋە تىزىلغان سىغىمچانلىقىنىڭ بىرىكمىسىدىن تەركىب تاپىدۇ. ئەمەلىي قوللىنىشتا، PLH توك يولىنى يولغا قويۇش مۇمكىن ئەمەس. بۇ، مۇقەررەر بولغان پارازىت تىزىلغان ئىندۇكسىيە ۋە شۇنت سىغىمچانلىقىنىڭ تەسىرىدىن كېلىپ چىقىدۇ. شۇڭا، ھازىر ئەمەلگە ئاشۇرغىلى بولىدىغان سول قوللۇق يەتكۈزۈش لىنىيىسىنىڭ ئالاھىدىلىكلىرى، 1(c)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، ھەممىسى بىرىكمە سول قول ۋە ئوڭ قوللۇق قۇرۇلمىلار.

1-رەسىم ھەر خىل توك يەتكۈزۈش لىنىيىسى توك يولى مودېللىرى

يەتكۈزۈش لىنىيىسى (TL) نىڭ تارقىلىش تۇراقلىقى (γ) تۆۋەندىكىدەك ھېسابلىنىدۇ: γ=α+jβ=Sqrt(ZY)، بۇ يەردە Y ۋە Z ئايرىم-ئايرىم ھالدا كىرىش ۋە ئىمپېدانسنى كۆرسىتىدۇ. CRLH-TL نى كۆزدە تۇتقاندا، Z ۋە Y نى تۆۋەندىكىدەك ئىپادىلىگىلى بولىدۇ:

بىردەك CRLH TL تۆۋەندىكى تارقىلىش مۇناسىۋىتىگە ئىگە بولىدۇ:

β باسقۇچ تۇراقلىقى پۈتۈنلەي ھەقىقىي سان ياكى پۈتۈنلەي خىيالىي سان بولۇشى مۇمكىن. ئەگەر β چاستوتا دائىرىسى ئىچىدە پۈتۈنلەي ھەقىقىي بولسا، γ=jβ شەرتى سەۋەبىدىن چاستوتا دائىرىسى ئىچىدە ئۆتكۈزۈش بەلبېغى بار. يەنە بىر تەرەپتىن، ئەگەر β چاستوتا دائىرىسى ئىچىدە پۈتۈنلەي خىيالىي سان بولسا، γ=α شەرتى سەۋەبىدىن چاستوتا دائىرىسى ئىچىدە توختىتىش بەلبېغى بار. بۇ توختىتىش بەلبېغى پەقەت CRLH-TL غىلا خاس بولۇپ، PRH-TL ياكى PLH-TL دا مەۋجۇت ئەمەس. 2-رەسىم (a)، (b) ۋە (c) دا ئايرىم-ئايرىم ھالدا PRH-TL، PLH-TL ۋە CRLH-TL نىڭ تارقىلىش ئەگرى سىزىقلىرى (يەنى ω - β مۇناسىۋىتى) كۆرسىتىلگەن. تارقىلىش ئەگرى سىزىقلىرىغا ئاساسەن، يەتكۈزۈش لىنىيىسىنىڭ گۇرۇپپا سۈرئىتى (vg=∂ω/∂β) ۋە باسقۇچ سۈرئىتى (vp=ω/β) چىقىرىلىپ مۆلچەرلىنىدۇ. PRH-TL ئۈچۈن، ئەگرى سىزىقتىن vg ۋە vp نىڭ پاراللېل ئىكەنلىكىنى (يەنى vpvg>0) چىقىرىۋالغىلى بولىدۇ. PLH-TL ئۈچۈن، ئەگرى سىزىق vg ۋە vp نىڭ پاراللېل ئەمەسلىكىنى كۆرسىتىدۇ (يەنى، vpvg<0). CRLH-TL نىڭ تارقاقلىق ئەگرى سىزىقى يەنە LH رايونى (يەنى، vpvg <0) ۋە RH رايونى (يەنى، vpvg >0) نىڭ مەۋجۇتلۇقىنى كۆرسىتىدۇ. 2(c)-رەسىمدىن كۆرۈۋېلىشقا بولىدۇكى، CRLH-TL ئۈچۈن، ئەگەر γ ساپ ھەقىقىي سان بولسا، توختاپ قېلىش بەلبېغى بار.

2-رەسىم ھەر خىل توك يەتكۈزۈش لىنىيىلىرىنىڭ تارقاقلىشىش ئەگرى سىزىقلىرى

ئادەتتە، CRLH-TL نىڭ تىزىلىش ۋە پاراللېل رېزونانسلىرى ئوخشىمايدۇ، بۇ تەڭپۇڭسىز ھالەت دەپ ئاتىلىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، تىزىلىش ۋە پاراللېل رېزونانس چاستوتىلىرى ئوخشاش بولغاندا، ئۇ تەڭپۇڭ ھالەت دەپ ئاتىلىدۇ، نەتىجىدە ھاسىل بولغان ئاددىيلاشتۇرۇلغان ئېكۋىۋالېنت توك يولى مودېلى 3(a)-رەسىمدە كۆرسىتىلدى.

3-رەسىم. سول قوللۇق بىرىكمە توك يولىنىڭ توك يولى مودېلى ۋە تارقىلىش ئەگرى سىزىقى.

چاستوتا ئاشقانسېرى، CRLH-TL نىڭ تارقىلىش خاراكتېرى تەدرىجىي ئاشىدۇ. بۇنىڭ سەۋەبى، باسقۇچ سۈرئىتى (يەنى vp=ω/β) چاستوتاغا بارغانسېرى باغلىق بولۇپ قالىدۇ. تۆۋەن چاستوتىلاردا، CRLH-TL دا LH، يۇقىرى چاستوتىلاردا بولسا، CRLH-TL دا RH ئۈستۈنلۈكنى ئىگىلەيدۇ. بۇ CRLH-TL نىڭ قوش تەبىئىتىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ. تەڭپۇڭلۇق CRLH-TL تارقىلىش دىئاگراممىسى 3(b)-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. 3(b)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەندەك، LH دىن RH غا ئۆتۈش تۆۋەندىكىدەك ۋاقىتتا يۈز بېرىدۇ:

بۇ يەردە ω0 ئۆتكۈنچى چاستوتا. شۇڭا، تەڭپۇڭ ئەھۋالدا، γ پۈتۈنلەي خىيالىي سان بولغاچقا، LH دىن RH غا سىلىق ئۆتكۈنچى يۈز بېرىدۇ. شۇڭا، تەڭپۇڭلاشتۇرۇلغان CRLH-TL تارقىلىشى ئۈچۈن توختاش بەلبېغى يوق. ω0 دا β نۆلگە تەڭ بولسىمۇ (يېتەكلەنگەن دولقۇن ئۇزۇنلۇقىغا نىسبەتەن چەكسىز، يەنى λg=2π/|β|)، دولقۇن يەنىلا تارقىلىدۇ، چۈنكى ω0 دىكى vg نۆلگە تەڭ ئەمەس. شۇنىڭغا ئوخشاش، ω0 دا، d ئۇزۇنلۇقىدىكى TL ئۈچۈن باسقۇچ يۆتكىلىشى نۆلگە تەڭ (يەنى، φ= - βd=0). باسقۇچ ئىلگىرىلىشى (يەنى، φ>0) LH چاستوتا دائىرىسىدە يۈز بېرىدۇ (يەنى، ω<ω0)، باسقۇچ كېچىكىشى (يەنى، φ<0) RH چاستوتا دائىرىسىدە يۈز بېرىدۇ (يەنى، ω>ω0). CRLH TL ئۈچۈن، خاراكتېرلىق ئىمپېدانس تۆۋەندىكىدەك تەسۋىرلىنىدۇ:

بۇ يەردە ZL ۋە ZR ئايرىم-ئايرىم ھالدا PLH ۋە PRH ئىمپېدانسلىرى. تەڭپۇڭسىز ئەھۋال ئۈچۈن، خاراكتېرلىق ئىمپېدانس چاستوتاغا باغلىق. يۇقىرىدىكى تەڭلىمە تەڭپۇڭلاشتۇرۇلغان ئەھۋالنىڭ چاستوتاغا باغلىق ئەمەسلىكىنى كۆرسىتىپ بېرىدۇ، شۇڭا ئۇ كەڭ بەلۋاغ كەڭلىكى ماسلىشىشى مۇمكىن. يۇقىرىدىكى TL تەڭلىمىسى CRLH ماتېرىيالىنى بەلگىلەيدىغان ئاساسىي پارامېتىرلارغا ئوخشايدۇ. TL نىڭ تارقىلىش تۇراقلىقى γ=jβ=Sqrt(ZY). ماتېرىيالنىڭ تارقىلىش تۇراقلىقى بېرىلگەندە (β=ω x Sqrt(εμ))، تۆۋەندىكى تەڭلىمىنى قولغا كەلتۈرگىلى بولىدۇ:

شۇنىڭغا ئوخشاش، TL نىڭ خاراكتېرلىق ئىمپېدانسى، يەنى Z0=Sqrt(ZY)، ماتېرىيالنىڭ خاراكتېرلىق ئىمپېدانسىغا ئوخشايدۇ، يەنى η=Sqrt(μ/ε)، ئۇ تۆۋەندىكىدەك ئىپادىلىنىدۇ:

تەڭپۇڭ ۋە تەڭپۇڭسىز CRLH-TL نىڭ سىنىش كۆرسەتكۈچى (يەنى n = cβ/ω) 4-رەسىمدە كۆرسىتىلدى. 4-رەسىمدە، CRLH-TL نىڭ LH دائىرىسىدىكى سىنىش كۆرسەتكۈچى مەنپىي، RH دائىرىسىدىكى سىنىش كۆرسەتكۈچى مۇسبەت.

4-رەسىم. تەڭپۇڭ ۋە تەڭپۇڭسىز CRLH TL لارنىڭ تىپىك سىنىش كۆرسەتكۈچى.

1. LC تورى
5(a)-رەسىمدە كۆرسىتىلگەن بەلۋاغ ئۆتكۈزگۈچ LC ھۈجەيرىلىرىنى كاسكادلاش ئارقىلىق، ئۇزۇنلۇقنىڭ ئۈنۈملۈك بىردەكلىكى d بولغان تىپىك CRLH-TL نى مەزگىللىك ياكى مەزگىلسىز قۇرغىلى بولىدۇ. ئادەتتە، CRLH-TL نى ھېسابلاش ۋە ئىشلەپچىقىرىشنىڭ قولايلىقلىقىنى كاپالەتلەندۈرۈش ئۈچۈن، توك يولى مەزگىللىك بولۇشى كېرەك. 1(c)-رەسىمدىكى مودېل بىلەن سېلىشتۇرغاندا، 5(a)-رەسىمدىكى توك يولى ھۈجەيرىسىنىڭ چوڭلۇقى يوق، فىزىكىلىق ئۇزۇنلۇقى چەكسىز كىچىك (يەنى Δz مېتىردا). ئۇنىڭ ئېلېكتر ئۇزۇنلۇقى θ=Δφ (rad) نى كۆزدە تۇتقاندا، LC ھۈجەيرىسىنىڭ باسقۇچىنى ئىپادىلىگىلى بولىدۇ. قانداقلا بولمىسۇن، قوللىنىلغان ئىندۇكسىيە ۋە سىغىمىنى ئەمەلىيەتتە ئەمەلگە ئاشۇرۇش ئۈچۈن، فىزىكىلىق ئۇزۇنلۇق p نى بېكىتىش كېرەك. قوللىنىش تېخنىكىسىنى تاللاش (مەسىلەن، مىكرو لېنتا، بىر تۈزلەڭلىك دولقۇن يېتەكلىگۈچ، يۈزە ئورنىتىش زاپچاسلىرى قاتارلىقلار) LC ھۈجەيرىسىنىڭ فىزىكىلىق چوڭلۇقىغا تەسىر كۆرسىتىدۇ. 5(a)-رەسىمدىكى LC ھۈجەيرىسى 1(c)-رەسىمدىكى ئېشىش مودېلىغا ئوخشايدۇ، ئۇنىڭ چېكى p=Δz→0. 5(b)-رەسىمدىكى p→0 بىردەكلىك شەرتى بويىچە، ئۇزۇنلۇقى d بولغان ئىدىئال بىردەكلىك CRLH-TL غا تەڭ كېلىدىغان (LC ھۈجەيرىلىرىنى كاسكادلاش ئارقىلىق) TL نى قۇرغىلى بولىدۇ، شۇنداق بولغاندا TL ئېلېكترو ماگنىت دولقۇنلىرىغا بىردەك كۆرۈنىدۇ.

5-رەسىم، LC تورىغا ئاساسلانغان CRLH TL.

LC ھۈجەيرىسى ئۈچۈن، بلوخ-فلوكېت تېئورېمىسىغا ئوخشاش دەۋرىي چېگرا شەرتلىرىنى (PBC) كۆزدە تۇتۇپ، LC ھۈجەيرىسىنىڭ تارقىلىش مۇناسىۋىتى ئىسپاتلاندى ۋە تۆۋەندىكىدەك ئىپادىلەندى:

LC ھۈجەيرىسىنىڭ تىزىلىش ئىمپېدانسى (Z) ۋە شۇنت كىرىش كۈچى (Y) تۆۋەندىكى تەڭلىمىلەر ئارقىلىق بېكىتىلىدۇ:

بىرلىك LC توك يولىنىڭ ئېلېكتر ئۇزۇنلۇقى ناھايىتى كىچىك بولغاچقا، تېيلور يېقىنلىشىش ئۇسۇلى ئارقىلىق تۆۋەندىكى نەتىجىلەرنى قولغا كەلتۈرگىلى بولىدۇ:

2. فىزىكىلىق ئىجرا قىلىش
ئالدىنقى بۆلۈمدە، CRLH-TL ھاسىل قىلىدىغان LC تورى مۇھاكىمە قىلىنغان. بۇنداق LC تورلىرى پەقەت تەلەپ قىلىنىدىغان سىغىم (CR ۋە CL) ۋە ئىندۇكسىيە (LR ۋە LL) نى ئىشلەپچىقىرالايدىغان فىزىكىلىق زاپچاسلارنى قوللىنىش ئارقىلىقلا ئەمەلگە ئاشىدۇ. يېقىنقى يىللاردىن بۇيان، يۈزە ئورنىتىش تېخنىكىسى (SMT) چىپ زاپچاسلىرى ياكى تارقالغان زاپچاسلارنى قوللىنىش زور قىزىقىش قوزغىدى. تارقالغان زاپچاسلارنى ئەمەلگە ئاشۇرۇش ئۈچۈن مىكرو لېنتا، لېنتا، بىر تۈزلەڭلىك دولقۇن يېتەكلىگۈچ ياكى باشقا ئوخشاش تېخنىكىلارنى ئىشلىتىشكە بولىدۇ. SMT چىپلىرى ياكى تارقالغان زاپچاسلارنى تاللىغاندا ئويلىشىشقا تېگىشلىك نۇرغۇن ئامىللار بار. SMT ئاساسلىق CRLH قۇرۇلمىلىرى تەھلىل ۋە لايىھەلەش جەھەتتە تېخىمۇ كۆپ ئۇچرايدۇ ۋە يولغا قويۇش ئاسان. بۇنىڭ سەۋەبى، تارقالغان زاپچاسلارغا سېلىشتۇرغاندا قايتا لايىھىلەش ۋە ئىشلەپچىقىرىشنى تەلەپ قىلمايدىغان تەييار SMT چىپ زاپچاسلىرىنىڭ بولۇشىدۇر. قانداقلا بولمىسۇن، SMT زاپچاسلىرىنىڭ بولۇشى تارقاق بولۇپ، ئۇلار ئادەتتە پەقەت تۆۋەن چاستوتىلاردا (يەنى 3-6GHz) ئىشلەيدۇ. شۇڭلاشقا، SMT ئاساسلىق CRLH قۇرۇلمىلىرىنىڭ ئىشلەش چاستوتا دائىرىسى ۋە ئالاھىدە باسقۇچ خاراكتېرى چەكلىك. مەسىلەن، رادىئاتسىيە قوللىنىشلىرىدا، SMT چىپ زاپچاسلىرى مۇمكىن بولماسلىقى مۇمكىن. 6-رەسىمدە CRLH-TL غا ئاساسلانغان تارقالغان قۇرۇلما كۆرسىتىلگەن. بۇ قۇرۇلما سانلار ئارا سىغىمچانلىق ۋە قىسقا تۇتىشۇش لىنىيەلىرى ئارقىلىق ئەمەلگە ئاشۇرۇلۇپ، ئايرىم-ئايرىم ھالدا LH نىڭ تىزىلىش سىغىمچانلىقى CL ۋە پاراللېل ئىندۇكسىيە LL نى شەكىللەندۈرىدۇ. لىنىيە بىلەن GND ئوتتۇرىسىدىكى سىغىمچانلىق RH سىغىمچانلىقى CR دەپ قارىلىدۇ، سانلار ئارا قۇرۇلمىدىكى توك ئېقىمى ھاسىل قىلغان ماگنىت ئېقىمى تەرىپىدىن ھاسىل قىلىنغان ئىندۇكسىيە RH ئىندۇكسىيە LR دەپ قارىلىدۇ.