נייעס - א רעצענזיע פון מעטאמאטעריעל טראנסמיסיע ליניע אנטענעס

I. הקדמה
מעטאַמאַטעריאַלן קען מען בעסטן באַשרײַבן ווי קינסטלעך דיזײַנירטע סטרוקטורן צו פּראָדוצירן געוויסע עלעקטראָמאַגנעטישע אייגנשאַפֿטן וואָס עקזיסטירן נישט נאַטירלעך. מעטאַמאַטעריאַלן מיט נעגאַטיווער פּערמיטיוויטי און נעגאַטיווער פּערמעאַביליטי ווערן גערופֿן לינקס-האַנטיקע מעטאַמאַטעריאַלן (LHMs). LHMs זענען ברייט שטודירט געוואָרן אין די וויסנשאַפֿטלעכע און אינזשעניריע קהילות. אין 2003, זענען LHMs גערופֿן געוואָרן איינער פֿון די צען וויכטיקסטע וויסנשאַפֿטלעכע דורכברוכן פֿון דער היינטיקער תּקופֿה דורך וויסנשאַפֿט זשורנאַל. נײַע אַפּליקאַציעס, קאָנצעפּטן און דעווײַסעס זענען דעוועלאָפּעד געוואָרן דורך אויסנוצן די אײַנציקאַרטיקע אייגנשאַפֿטן פֿון LHMs. דער טראַנסמיסיע ליניע (TL) צוגאַנג איז אַן עפֿעקטיווער דיזײַן מעטאָד וואָס קען אויך אַנאַליזירן די פּרינציפּן פֿון LHMs. פֿאַרגליכן מיט טראַדיציאָנעלע TLs, איז די מערסט באַדײַטנדיקע פֿעיִקייט פֿון מעטאַמאַטעריאַל TLs די קאָנטראָלירבאַרקייט פֿון TL פּאַראַמעטערס (פּראָפּאַגאַציע קאָנסטאַנט) און כאַראַקטעריסטישע אימפּעדאַנס. די קאָנטראָלירבאַרקייט פֿון מעטאַמאַטעריאַל TL פּאַראַמעטערס גיט נײַע געדאַנקען פֿאַר דיזײַנירן אַנטענע סטרוקטורן מיט מער קאָמפּאַקטע גרייס, העכערע פאָרשטעלונג און נײַע פֿונקציעס. פיגור 1 (א), (ב), און (ג) ווייזן די פארלוסטלאזע קרייז מאָדעלן פון ריין רעכטס-האַנטיקע טראַנסמיסיע ליניע (PRH), ריין לינקס-האַנטיקע טראַנסמיסיע ליניע (PLH), און קאָמפּאָזיט לינקס-רעכטס-האַנטיקע טראַנסמיסיע ליניע (CRLH), ריספּעקטיוולי. ווי געוויזן אין פיגור 1(א), איז די PRH TL עקוויוואַלענט קרייז מאָדעל געוויינטלעך אַ קאָמבינאַציע פון סעריע אינדוקטאַנס און שאַנט קאַפּאַסיטאַנס. ווי געוויזן אין פיגור 1(ב), איז די PLH TL קרייז מאָדעל אַ קאָמבינאַציע פון שאַנט אינדוקטאַנס און סעריע קאַפּאַסיטאַנס. אין פּראַקטישע אַפּליקאַציעס, איז עס נישט מעגלעך צו ימפּלעמענטירן אַ PLH קרייז. דאָס איז רעכט צו די אומפאַרמיידלעכע פּאַראַזיטישע סעריע אינדוקטאַנס און שאַנט קאַפּאַסיטאַנס עפֿעקטן. דעריבער, די קעראַקטעריסטיקס פון די לינקס-האַנטיקע טראַנסמיסיע ליניע וואָס קענען ווערן רעאַליזירט אין דער איצטיקער צייט זענען אַלע קאָמפּאָזיט לינקס-האַנטיקע און רעכטס-האַנטיקע סטרוקטורן, ווי געוויזן אין פיגור 1(ג).

פיגור 1 פארשידענע טראנסמיסיע ליניע קרייז מאָדעלן

די פּראָפּאַגאַציע קאָנסטאַנט (γ) פון דער טראַנסמיסיע ליניע (TL) ווערט קאַלקולירט ווי: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), וואו Y און Z רעפּרעזענטירן אַדמיטאַנס און ימפּידאַנס ריספּעקטיוולי. באַטראַכטנדיק CRLH-TL, קענען Z און Y אויסגעדריקט ווערן ווי:

א יוניפארמע CRLH TL וועט האבן די פאלגנדע דיספערזיע באציאונג:

די פאַזע קאָנסטאַנטע β קען זיין אַ ריין רעאַלע נומער אָדער אַ ריין ימאַדזשינערי נומער. אויב β איז גאָר רעאַל אין אַ פרעקווענץ קייט, איז דאָ אַ פּאַסבאַנד אין דער פרעקווענץ קייט צוליב דעם באַדינגונג γ=jβ. אויף דער אַנדערער זייט, אויב β איז אַ ריין ימאַדזשינערי נומער אין אַ פרעקווענץ קייט, איז דאָ אַ סטאָפּבאַנד אין דער פרעקווענץ קייט צוליב דעם באַדינגונג γ=α. די סטאָפּבאַנד איז יינציק צו CRLH-TL און עקזיסטירט נישט אין PRH-TL אָדער PLH-TL. פיגורן 2 (a), (b), און (c) ווייַזן די דיספּערזשאַן קורוועס (ד"ה, די ω - β באַציִונג) פון PRH-TL, PLH-TL, און CRLH-TL, ריספּעקטיוולי. באַזירט אויף די דיספּערזשאַן קורוועס, קען די גרופּע גיכקייט (vg=∂ω/∂β) און פאַזע גיכקייט (vp=ω/β) פון דער טראַנסמיסיע ליניע ווערן דעריווט און געשאַצט. פֿאַר PRH-TL, קען מען אויך אויספירן פון דער קורווע אַז vg און vp זענען פּאַראַלעל (ד"ה, vpvg>0). פֿאַר PLH-TL, ווײַזט די קורווע אַז vg און vp זענען נישט פּאַראַלעל (ד"ה, vpvg<0). די דיספּערזיע קורווע פֿון CRLH-TL ווײַזט אויך די עקזיסטענץ פֿון דער LH געגנט (ד"ה, vpvg < 0) און RH געגנט (ד"ה, vpvg > 0). ווי מען קען זען פֿון פֿיגור 2(c), פֿאַר CRLH-TL, אויב γ איז אַ ריינע רעאַלע צאָל, איז דאָ אַ סטאָפּ באַנד.

פיגור 2 דיספּערזשאַן קורוועס פון פאַרשידענע טראַנסמיסיע ליניעס

געוויינטלעך, די סעריע און פּאַראַלעל רעזאָנאַנסן פון אַ CRLH-TL זענען אַנדערש, וואָס ווערט גערופן אַן אַנבאַלאַנסט צושטאַנד. אָבער, ווען די סעריע און פּאַראַלעל רעזאָנאַנס פרעקווענצן זענען די זעלבע, ווערט עס גערופן אַ באַלאַנסט צושטאַנד, און די רעזולטאַט פאַרפּשוטעט עקוויוואַלענט קרייַז מאָדעל איז געוויזן אין פיגור 3(אַ).

פיגור 3 קרייז מאָדעל און דיספּערזשאַן קורווע פון קאָמפּאָזיט לינקס-האַנטיק טראַנסמיסיע ליניע

ווי די פרעקווענץ וואקסט, וואקסט ביסלעכווייַז די דיספּערזשאַן כאַראַקטעריסטיקס פון CRLH-TL. דאָס איז ווײַל די פאַזע גיכקייט (ד"ה, vp=ω/β) ווערט מער און מער אָפענגיק אויף פרעקווענץ. ביי נידעריקע פרעקווענצן, ווערט CRLH-TL דאָמינירט דורך LH, בשעת ביי הויכע פרעקווענצן, ווערט CRLH-TL דאָמינירט דורך RH. דאָס ווײַזט די צווייפאַכיקע נאַטור פון CRLH-TL. די גלייכגעוויכט CRLH-TL דיספּערזשאַן דיאַגראַם ווערט געוויזן אין פיגור 3(b). ווי געוויזן אין פיגור 3(b), פּאַסירט דער איבערגאַנג פון LH צו RH ביי:

וואו ω0 איז די איבערגאנג פרעקווענץ. דעריבער, אין דעם באלאנסירטן פאל, פאסירט א גלאטן איבערגאנג פון LH צו RH ווייל γ איז א ריין אימאגינערע צאל. דעריבער, איז נישטא קיין סטאָפּבאַנד פאר דער באלאנסירטער CRLH-TL דיספּערסיע. כאָטש β איז נול ביי ω0 (אומענדלעך אין באַצוג צו דער געפֿירטער כוואַליע לענג, ד.ה. λg=2π/|β|), פּראָפּאַגירט זיך די כוואַליע נאָך ווייל vg ביי ω0 איז נישט נול. ענלעך, ביי ω0, איז די פאַזע פֿאַרשייבונג נול פֿאַר אַ TL פון לענג d (ד.ה. φ= - βd=0). די פאַזע פֿאָרשריט (ד.ה. φ>0) פאסירט אין דער LH פרעקווענץ קייט (ד.ה. ω<ω0), און די פאַזע ריטאַרדאַציע (ד.ה. φ<0) פאסירט אין דער RH פרעקווענץ קייט (ד.ה. ω>ω0). פֿאַר אַ CRLH TL, ווערט די כאַראַקטעריסטישע אימפּעדאַנס באַשריבן ווי פאלגנד:

וואו ZL און ZR זענען די PLH און PRH אימפּעדאַנסן, ריספּעקטיוולי. פֿאַר דעם אַנבאַלאַנסירטן פאַל, די כאַראַקטעריסטישע אימפּעדאַנס דעפּענדס אויף דער אָפטקייט. די אויבן דערמאנטע גלייכונג ווייזט אַז דער באַלאַנסירטער פאַל איז אומאָפּהענגיק פון אָפטקייט, אַזוי עס קען האָבן אַ ברייט באַנדווידט גלייַכן. די TL גלייכונג דערייווד אויבן איז ענלעך צו די קאָנסטיטוטיוו פּאַראַמעטערס וואָס דעפינירן די CRLH מאַטעריאַל. די פּראָפּאַגיישאַן קאָנסטאַנט פון TL איז γ=jβ=Sqrt(ZY). געגעבן די פּראָפּאַגיישאַן קאָנסטאַנט פון דעם מאַטעריאַל (β=ω x Sqrt(εμ)), קען די פאלגענדע גלייכונג באַקומען ווערן:

אזוי אויך, די כאראקטעריסטישע אימפעדאנץ פון TL, ד.ה. Z0=Sqrt(ZY), איז ענלעך צו דער כאראקטעריסטישער אימפעדאנץ פון דעם מאטעריאל, ד.ה. η=Sqrt(μ/ε), וואס ווערט אויסגעדריקט ווי:

דער רעפראַקטיווער אינדעקס פון באַלאַנסירטן און אַנבאַלאַנסירטן CRLH-TL (ד"ה, n = cβ/ω) ווערט געוויזן אין פיגור 4. אין פיגור 4, איז דער רעפראַקטיווער אינדעקס פון CRLH-TL אין זיין LH קייט נעגאַטיוו און דער רעפראַקטיווער אינדעקס אין זיין RH קייט איז פּאָזיטיוו.

פיג. 4 טיפּישע רעפראַקטיווע אינדעקסן פון באַלאַנסירטע און אַנבאַלאַנסירטע CRLH TLs.

1. LC נעץ
דורך קאַסקאַדירן די באַנדפּאַס LC צעלן געוויזן אין פיגור 5(a), קען מען קאָנסטרויִרן אַ טיפּישע CRLH-TL מיט עפעקטיווער איינהייטלעכקייט פון לענג d פּעריִאָדיש אָדער נישט-פּעריִאָדיש. בכלל, כּדי צו זיכער מאַכן די באַקוועמלעכקייט פון קאַלקולאַציע און פאַבריקאַציע פון CRLH-TL, דאַרף די קרייז זיין פּעריִאָדיש. קאַמפּערד מיטן מאָדעל פון פיגור 1(c), האָט די קרייז צעל פון פיגור 5(a) קיין גרייס נישט און די פיזישע לענג איז אומענדלעך קליין (ד.ה., Δz אין מעטער). באַטראַכטנדיק איר עלעקטרישע לענג θ=Δφ (ראַד), קען מען אויסדריקן די פאַזע פון דער LC צעל. אָבער, כּדי טאַקע צו רעאַליזירן די אַפּליצירטע אינדוקטאַנס און קאַפּאַסיטאַנס, דאַרף מען פעסטשטעלן אַ פיזישע לענג p. די ברירה פון אַפּליקאַציע טעכנאָלאָגיע (אַזאַ ווי מיקראָסטריפּ, קאָפּלאַנאַר כוואַליעגייד, ייבערפלאַך מאָונט קאָמפּאָנענטן, אאַז"וו) וועט ווירקן די פיזישע גרייס פון דער LC צעל. די LC צעל פון פיגור 5(a) איז ענלעך צום אינקרעמענטאַל מאָדעל פון פיגור 1(c), און איר לימיט p=Δz→0. לויט דער איינהייטלעכקייט באדינגונג p→0 אין פיגור 5(b), קען מען קאנסטרואירן א TL (דורך קאסקעדירן LC צעלן) וואס איז עקוויוואלענט צו אן אידעאלער איינהייטלעכער CRLH-TL מיט לענג d, אזוי אז דער TL דערשיינט איינהייטלעך צו עלעקטראמאגנעטישע כוואליעס.

פיגור 5 CRLH TL באַזירט אויף LC נעץ.

פֿאַר דער LC צעל, באַטראַכטנדיק פּעריִאָדישע גרענעץ באַדינגונגען (PBCs) ענלעך צום בלאָך-פֿלאָקעט טעאָרעם, ווערט די דיספּערזיע באַציִונג פֿון דער LC צעל באַוויזן און אויסגעדריקט ווי פֿאָלגט:

די סעריע אימפּעדאַנס (Z) און שאַנט אַדמיטאַנס (Y) פון די LC צעל ווערן באַשטימט דורך די פאלגענדע גלייכונגען:

זינט די עלעקטרישע לענג פון די יוניט LC קרייז איז זייער קליין, קען מען ניצן טיילער אפראקסימאציע צו באקומען:

2. פיזישע דורכפירונג
אין דעם פריערדיקן אָפּטייל, איז די LC נעץ צו דזשענערירן CRLH-TL דיסקוטירט געוואָרן. אַזעלכע LC נעטוואָרקס קענען נאָר רעאַליזירט ווערן דורך אַדאַפּטירן גשמיות קאָמפּאָנענטן וואָס קענען פּראָדוצירן די פארלאנגטע קאַפּאַסיטאַנס (CR און CL) און אינדוקטאַנס (LR און LL). אין די לעצטע יאָרן, די אַפּליקאַציע פון סורפאַס מאָונט טעכנאָלאָגיע (SMT) טשיפּ קאָמפּאָנענטן אָדער פאַרשפּרייטע קאָמפּאָנענטן האט געצויגן גרויס אינטערעס. מיקראָסטריפּ, סטריפּליין, קאָפּלאַנאַר וועיווגייד אָדער אנדערע ענלעכע טעכנאָלאָגיעס קענען געניצט ווערן צו רעאַליזירן פאַרשפּרייטע קאָמפּאָנענטן. עס זענען פילע סיבות צו באַטראַכטן ווען מען קלייבט SMT טשיפּס אָדער פאַרשפּרייטע קאָמפּאָנענטן. SMT-באַזירטע CRLH סטרוקטורן זענען מער געוויינטלעך און גרינגער צו ימפּלאַמענטירן אין טערמינען פון אַנאַליז און פּלאַן. דאָס איז ווייַל פון די פאַראַנען פון אָף-די-שעלוו SMT טשיפּ קאָמפּאָנענטן, וואָס דאַרפן נישט רעמאָדעלינג און מאַנופאַקטורינג קאַמפּערד צו פאַרשפּרייטע קאָמפּאָנענטן. אָבער, די פאַראַנען פון SMT קאָמפּאָנענטן איז צעוואָרפן, און זיי אַרבעטן געוויינטלעך בלויז ביי נידעריקע פרעקווענצן (למשל, 3-6GHz). דעריבער, SMT-באַזירטע CRLH סטרוקטורן האָבן לימיטעד אָפּערייטינג פרעקווענץ ראַנגעס און ספּעציפיש פאַסע קעראַקטעריסטיקס. למשל, אין ראַדיייטינג אַפּלאַקיישאַנז, קען SMT טשיפּ קאָמפּאָנענטן נישט זיין מעגלעך. פיגור 6 ווייזט א פארטיילטע סטרוקטור באזירט אויף CRLH-TL. די סטרוקטור ווערט רעאליזירט דורך אינטערדיגיטאלע קאפאציטאנץ און קורץ-קרייז ליניעס, וואס פארמען די סעריע קאפאציטאנץ CL און פאראלעלע אינדוקטאנץ LL פון LH בהתאמה. די קאפאציטאנץ צווישן דער ליניע און GND ווערט אנגענומען צו זיין די RH קאפאציטאנץ CR, און די אינדוקטאנץ וואס ווערט גענערירט דורך דעם מאגנעטישן פלוס וואס ווערט געפארמט דורך דעם שטראם-פלוס אין דער אינטערדיגיטאלער סטרוקטור ווערט אנגענומען צו זיין די RH אינדוקטאנץ LR.