خبرونه - د میټامیټریل لیږد لاین انتنونو بیاکتنه

I. پیژندنه
Metamaterials په غوره توګه د مصنوعي ډیزاین شوي جوړښتونو په توګه تشریح کیدی شي ترڅو ځینې بریښنایی مقناطیسي ملکیتونه تولید کړي چې په طبیعي توګه شتون نلري. د منفي اجازې او منفي تحول وړتیا لرونکي میټاماتریالونه د کیڼ لاسي میټامیټریلز (LHMs) په نوم یادیږي. LHMs په ساینسي او انجینري ټولنو کې په پراخه کچه مطالعه شوي. په 2003 کې، LHMs د ساینس مجلې لخوا د معاصر دورې د لسو غوره ساینسي پرمختګونو څخه یو نومول شوی و. نوي غوښتنلیکونه، مفکورې، او وسایل د LHMs ځانګړي ملکیتونو په کارولو سره رامینځته شوي. د لیږد لین (TL) طریقه یو اغیزمن ډیزاین میتود دی چې کولی شي د LHM اصول هم تحلیل کړي. د دودیز TLs سره پرتله کول، د میټامیټریل TLs ترټولو مهم ځانګړتیا د TL پیرامیټونو کنټرول (د تکثیر ثابت) او د ځانګړتیا خنډ دی. د میټامیټریل TL پیرامیټرو کنټرول وړتیا د انټینا جوړښتونو ډیزاین کولو لپاره نوي نظرونه وړاندې کوي د ډیر کمپیکٹ اندازې ، لوړ فعالیت ، او نوي افعال سره. شکل 1 (a)، (b)، او (c) د خالص ښي لاس لیږد لین (PRH)، خالص کیڼ لاس لیږد لاین (PLH)، او جامع کیڼ لاسي لیږد لین (د ښي لاس د لیږد لین) د ضایع شوي سرکټ ماډلونه ښیې CRLH) په ترتیب سره. لکه څنګه چې په 1(a) شکل کې ښودل شوي، د PRH TL مساوي سرکټ ماډل معمولا د لړۍ انډکټانس او شنټ ظرفیت ترکیب دی. لکه څنګه چې په 1(b) شکل کې ښودل شوي، د PLH TL سرکټ ماډل د شنټ انډکټانس او سلسلې ظرفیت ترکیب دی. په عملي غوښتنلیکونو کې، د PLH سرکټ پلي کول ممکن ندي. دا د نه منلو وړ پرازیتي لړۍ انډکټانس او شانټ ظرفیت اغیزو له امله دی. له همدې امله، د کیڼ لاس د لیږد لین ځانګړتیاوې چې اوس مهال احساس کیدی شي ټول کیڼ لاس او ښي لاس جوړښتونه دي، لکه څنګه چې په 1 (c) شکل کې ښودل شوي.

شکل 1 د لیږد مختلف سرکټ ماډلونه

د انتقالي کرښې (TL) د تکثیر دوام (γ) په دې ډول محاسبه کیږي: γ=α+jβ=Sqrt(ZY)، چیرته چې Y او Z په ترتیب سره د داخلیدو او خنډ استازیتوب کوي. د CRLH-TL په پام کې نیولو سره Z او Y په لاندې ډول څرګند کیدی شي:

یو یونیفورم CRLH TL به لاندې توزیع اړیکه ولري:

د مرحلې ثابت β کیدای شي په بشپړه توګه ریښتینې شمیره وي یا یو خالص خیالي شمیره وي. که β د فریکونسۍ په حد کې په بشپړ ډول ریښتیا وي، د γ=jβ حالت له امله د فریکونسۍ په حد کې پاسبنډ شتون لري. له بلې خوا، که β د فریکونسۍ په حد کې یو خالص خیالي شمیره وي، د γ=α حالت له امله د فریکونسۍ په حد کې یو تمځای شتون لري. دا تمځای د CRLH-TL لپاره ځانګړی دی او په PRH-TL یا PLH-TL کې شتون نلري. شکل 2 (a)، (b)، او (c) په ترتیب سره د PRH-TL، PLH-TL، او CRLH-TL د خپریدو منحني منحني (یعنې د ω - β اړیکه) ښیې. د منحل منحلاتو پر بنسټ، د لیږد لین د ګروپ سرعت (vg=∂ω/∂β) او د پړاو سرعت (vp=ω/β) اخیستل کیدی شي او اټکل کیدی شي. د PRH-TL لپاره، دا د وکر څخه هم اټکل کیدی شي چې vg او vp موازي دي (یعنې vpvg>0). د PLH-TL لپاره، وکر ښیې چې vg او vp موازي نه دي (د بیلګې په توګه، vpvg<0). د CRLH-TL د خپریدو وکر د LH سیمې شتون هم ښیي (د بیلګې په توګه vpvg <0) او د RH سیمه (د بیلګې په توګه، vpvg > 0). لکه څنګه چې د 2(c) شکل څخه لیدل کیدی شي، د CRLH-TL لپاره، که γ خالص ریښتینې شمیره وي، نو د بندیدو بانډ شتون لري.

شکل 2 د مختلف لیږد لینونو د خپریدو منحنی خطونه

معمولا، د CRLH-TL لړۍ او موازي ریزونانسونه توپیر لري، کوم چې غیر متوازن حالت بلل کیږي. په هرصورت، کله چې سلسله او موازي ریزونانس فریکونسۍ یو شان وي، دا د متوازن حالت په نوم یادیږي، او په پایله کې ساده شوي مساوي سرکټ ماډل په 3 (a) شکل کې ښودل شوي.

شکل 3 د جامع کیڼ لاسي لیږد لین د سرکټ ماډل او د خپریدو وکر

لکه څنګه چې فریکونسۍ زیاتیږي، د CRLH-TL د خپریدو ځانګړتیاوې په تدریجي ډول زیاتیږي. دا ځکه چې د مرحلې سرعت (د بیلګې په توګه، vp=ω/β) په زیاتیدونکي توګه په فریکونسۍ پورې تړاو لري. په ټیټ فریکونسیو کې، CRLH-TL د LH لخوا تسلط لري، پداسې حال کې چې په لوړه فریکونسۍ کې، CRLH-TL د RH لخوا تسلط لري. دا د CRLH-TL دوه اړخیز طبیعت څرګندوي. د انډول CRLH-TL د توزیع ډیاګرام په 3 (b) شکل کې ښودل شوی. لکه څنګه چې په 3 (b) شکل کې ښودل شوي، له LH څخه RH ته لیږد په لاندې ډول واقع کیږي:

چیرته چې ω0 د لیږد فریکونسۍ ده. له همدې امله، په متوازن حالت کې، د LH څخه RH ته یو اسانه لیږد واقع کیږي ځکه چې γ یو خالص خیالي شمیره ده. له همدې امله، د متوازن CRLH-TL خپریدو لپاره هیڅ تمځای شتون نلري. که څه هم β په ω0 کې صفر دی (د لارښود شوي طول موج سره لامحدود دی، د بیلګې په توګه، λg=2π/|β|)، څپې لاهم خپریږي ځکه چې په ω0 کې vg صفر نه دی. په ورته ډول، په ω0 کې، د پړاو بدلون د TL اوږدوالی d لپاره صفر دی (یعنې، φ= - βd=0). د مرحلې پرمختګ (یعنې، φ>0) د LH فریکونسۍ رینج کې واقع کیږي (یعنې، ω<ω0)، او د مرحله ځنډ (یعنې، φ<0) د RH فریکونسۍ رینج کې واقع کیږي (یعنې، ω>ω0). د CRLH TL لپاره، د ځانګړتیا خنډ په لاندې ډول تشریح شوی:

چیرته چې ZL او ZR په ترتیب سره د PLH او PRH خنډونه دي. د غیر متوازن حالت لپاره، د ځانګړتیا خنډ د فریکونسۍ پورې اړه لري. پورتنۍ معادله ښیي چې متوازن قضیه د فریکونسۍ څخه خپلواکه ده، نو دا کولی شي پراخه بینډ ویت میچ ولري. د TL معادل چې پورته اخیستل شوي د اساسي پیرامیټونو سره ورته دي چې د CRLH مواد تعریفوي. د TL د تکثیر دوام γ=jβ=Sqrt(ZY) دی. د موادو د تکثیر دوام ته په پام سره (β=ω x Sqrt(εμ))، لاندې معادل ترلاسه کیدی شي:

په ورته ډول، د TL ځانګړتیاوی خنډ، د بیلګې په توګه، Z0 = Sqrt (ZY)، د موادو د ځانګړتیا خنډ سره ورته دی، د بیلګې په توګه، η=Sqrt(μ/ε)، کوم چې په لاندې ډول څرګند شوی:

د متوازن او غیر متوازن CRLH-TL انعکاس شاخص (یعنې، n = cβ/ω) په 4 شکل کې ښودل شوی. په 4 شکل کې، په LH کې د CRLH-TL انعکاس شاخص منفي دی او په RH کې د انعکاس شاخص منفي دی. حد مثبت دی.

شکل 4. د متوازن او غیر متوازن CRLH TLs عادي انعکاس شاخصونه.

1. د LC شبکه
په شکل 5(a) کې ښودل شوي د bandpass LC حجرو په کاسکیډ کولو سره، یو عادي CRLH-TL د اوږدوالي d اغیزمن یونیفورم سره په دوراني یا غیر دوره توګه جوړ کیدی شي. په عموم کې، د دې لپاره چې د CRLH-TL محاسبه او تولید اسانتیا یقیني کړي، سرکټ باید دوره وي. د شکل 1(c) موډل سره پرتله کول، د شکل 5(a) سرکټ حجره هیڅ اندازه نه لري او فزیکي اوږدوالی یې خورا کوچنی دی (یعنې په متر کې Δz). د دې بریښنایی اوږدوالی θ=Δφ (rad) په پام کې نیولو سره ، د LC حجرې مرحله څرګند کیدی شي. په هرصورت، د دې لپاره چې واقعیا د تطبیق شوي انډکټانس او ظرفیت احساس شي، د فزیکي اوږدوالی p ته اړتیا ده. د اپلیکیشن ټیکنالوژۍ انتخاب (لکه مایکروسټریپ ، کاپلانر ویوګایډ ، د سطحې ماونټ اجزا او نور) به د LC حجرې فزیکي اندازې اغیزه وکړي. د شکل 5(a) LC حجره د شکل 1(c) د زیاتیدونکي ماډل سره ورته ده، او د هغې حد p=Δz→0 دی. په 5(b) شکل کې د p→0 د یونیفورم حالت له مخې، یو TL جوړیدای شي (د LC حجرو د کاسکیډ کولو په واسطه) چې د مثالي یونیفورم CRLH-TL سره مساوي وي اوږدوالی d سره، ترڅو TL د بریښنایی مقناطیسي څپو سره یوشان ښکاري.

شکل 5 CRLH TL د LC شبکې پر بنسټ.

د LC حجرې لپاره، د دوراني حدودو شرایطو (PBCs) ته په پام سره چې د Bloch-Floquet تیورم سره ورته دی، د LC حجرې د ویش اړیکه په لاندې ډول ثابت او څرګندیږي:

د LC حجرې د لړۍ خنډ (Z) او د شنټ داخله (Y) د لاندې معادلو لخوا ټاکل کیږي:

څرنګه چې د واحد LC سرکټ بریښنایی اوږدوالی خورا کوچنی دی، د ټیلر اټکل د ترلاسه کولو لپاره کارول کیدی شي:

2. فزیکي تطبیق
په تیره برخه کې، د LC شبکه د CRLH-TL تولید لپاره بحث شوی. دا ډول LC شبکې یوازې د فزیکي اجزاو په خپلولو سره احساس کیدی شي چې کولی شي د اړتیا وړ ظرفیت (CR او CL) او inductance (LR او LL) تولید کړي. په وروستي کلونو کې، د سطحې ماونټ ټیکنالوژۍ (SMT) چپ اجزاو یا توزیع شوي اجزاو غوښتنلیک خورا علاقه راجلب کړې. مایکروسټریپ ، سټریپ لاین ، کاپلانر ویو ګایډ یا نور ورته ټیکنالوژي د توزیع شوي اجزاو احساس کولو لپاره کارول کیدی شي. ډیری فاکتورونه شتون لري چې باید په پام کې ونیول شي کله چې د SMT چپس یا توزیع شوي اجزا غوره کړئ. د SMT پر بنسټ د CRLH جوړښتونه د تحلیل او ډیزاین له مخې پلي کول خورا عام او اسانه دي. دا د شیلف څخه د SMT چپ اجزاو شتون له امله دی ، کوم چې د توزیع شوي اجزاو په پرتله بیا جوړونې او تولید ته اړتیا نلري. په هرصورت، د SMT اجزاوو شتون ډیریږي، او دوی معمولا یوازې په ټیټ فریکونسیو کې کار کوي (د بیلګې په توګه، 3-6GHz). له همدې امله، د SMT پر بنسټ د CRLH جوړښتونه د عملیاتي فریکونسۍ محدودیتونه او ځانګړي مرحلې ځانګړتیاوې لري. د مثال په توګه، په ریډیټینګ غوښتنلیکونو کې، د SMT چپ اجزا ممکن ممکن نه وي. 6 شکل د CRLH-TL پر بنسټ ویشل شوی جوړښت ښیي. جوړښت د انټر ډیجیټل ظرفیت او لنډ سرکیټ لینونو لخوا احساس شوی چې په ترتیب سره د LH سلسله ظرفیت CL او موازي انډکشن LL جوړوي. د لاین او GND تر مینځ ظرفیت د RH capacitance CR په توګه انګیرل کیږي، او د مقناطیسي فلکس لخوا رامینځته شوی انډکټانس د انټر ډیجیټل جوړښت کې د اوسني جریان لخوا رامینځته شوی RH انډکټانس LR ګڼل کیږي.