Tala Fou - O se Iloiloga o Antenna o Laina Fa'asalalau Metamaterial

I. Folasaga
E mafai ona fa'amatalaina lelei mea fa'ametamaterials o ni fausaga ua mamanuina fa'apitoa e gaosia ai ni meatotino eletise patino e le o iai fa'alenatura. O mea fa'ametamaterials e iai le permittivity leaga ma le permeability leaga e ta'ua o mea fa'ametamaterials agavale (LHMs). Ua su'esu'eina loloto LHMs i totonu o fa'alapotopotoga fa'asaienisi ma inisinia. I le 2003, na ta'ua ai LHMs o se tasi o alualu i luma fa'asaienisi sili e sefulu o le vaitaimi fa'aonaponei e le mekasini Science. Ua atia'e ni fa'aoga fou, ni manatu, ma ni masini e ala i le fa'aaogaina o meatotino tulaga ese o LHMs. O le auala o le laina fa'asalalauga (TL) o se metotia mamanu lelei e mafai fo'i ona iloiloina mataupu fa'avae o LHMs. Pe a fa'atusatusa i TLs masani, o le uiga sili ona taua o mea fa'ametamaterial TLs o le mafai ona pulea o parakalafa TL (propagation constant) ma le characteristic impedance. O le mafai ona pulea o parakalafa TL o mea fa'ametamaterial e maua ai ni manatu fou mo le mamanuina o fausaga antenna ma le tele e sili atu ona la'ititi, fa'atinoga maualuga, ma galuega fou. O le Ata 1 (a), (b), ma le (c) o loʻo faʻaalia ai faʻataʻitaʻiga o matagaluega e leai se gau o le laina eletise mama-lima taumatau (PRH), laina eletise mama-lima tauagavale (PLH), ma le laina eletise tuʻufaʻatasi agavale-lima taumatau (CRLH). E pei ona faʻaalia i le Ata 1(a), o le faʻataʻitaʻiga o matagaluega tutusa PRH TL e masani lava o se tuʻufaʻatasiga o le inductance faʻasologa ma le capacitance shunt. E pei ona faʻaalia i le Ata 1(b), o le faʻataʻitaʻiga o matagaluega PLH TL o se tuʻufaʻatasiga o le inductance shunt ma le capacitance faʻasologa. I faʻaoga faʻatino, e le talafeagai le faʻatinoina o se matagaluega PLH. O lenei mea e mafua ona o le aʻafiaga o le inductance faʻasologa parasitic ma le capacitance shunt e le mafai ona ʻalofia. O le mea lea, o uiga o le laina eletise agavale e mafai ona faʻatinoina i le taimi nei o fausaga tuʻufaʻatasi agavale ma lima taumatau, e pei ona faʻaalia i le Ata 1(c).

Ata 1 Fa'ata'ita'iga eseese o matagaluega o laina fa'asalalau

O le fa'asologa o le eletise (γ) o le laina fa'asalalau (TL) ua fuafuaina e pei ona taua i lalo: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), lea e fa'atusalia ai e Y ma Z le admittance ma le impedance. I le iloiloina o le CRLH-TL, e mafai ona fa'aalia Z ma le Y e pei o le:

O le a iai le sootaga fa'asalalauina o le CRLH TL tutusa e pei ona taua i lalo:

E mafai ona avea le tulaga tumau o le β ma se numera moni atoatoa pe o se numera fa'ata'ita'i atoatoa. Afai e moni atoatoa le β i totonu o se vaega o le televave, e iai se passband i totonu o le vaega o le televave ona o le tulaga γ=jβ. I le isi itu, afai o le β o se numera fa'ata'ita'i atoatoa i totonu o se vaega o le televave, e iai se stopband i totonu o le vaega o le televave ona o le tulaga γ=α. O lenei stopband e tulaga ese i le CRLH-TL ma e le o iai i le PRH-TL po'o le PLH-TL. O Ata 2 (a), (b), ma le (c) o lo'o fa'aalia ai pi'o fa'asalalau (e pei o le sootaga ω - β) o le PRH-TL, PLH-TL, ma le CRLH-TL. E fa'avae i luga o pi'o fa'asalalau, e mafai ona maua ma fa'atatauina le saoasaoa o le vaega (vg=∂ω/∂β) ma le saoasaoa o le vaega (vp=ω/β) o le laina fa'asalalau. Mo le PRH-TL, e mafai fo'i ona fa'ai'uina mai le pi'o o le vg ma le vp e tutusa (e pei o le vpvg>0). Mo le PLH-TL, o le pi'o e fa'aalia ai e le tutusa le vg ma le vp (e pei o le vpvg<0). O le pi'o fa'asalalauina o le CRLH-TL e fa'aalia ai fo'i le i ai o le vaega LH (e pei o le vpvg < 0) ma le vaega RH (e pei o le vpvg > 0). E pei ona mafai ona va'aia mai le Ata 2(c), mo le CRLH-TL, afai o le γ o se numera moni mama, e iai se fusi taofi.

Ata 2 Pi'o fa'asalalauina o laina fesiita'iga eseese

E masani lava, e eseese le faasologa ma le tutusa o le resonance o le CRLH-TL, lea e ta'ua o le tulaga le paleni. Peita'i, afai e tutusa le faasologa ma le tutusa o le resonance frequencies, e ta'ua o le tulaga paleni, ma o le fa'ata'ita'iga o le matagaluega tutusa faigofie e maua mai ai o lo'o fa'aalia i le Ata 3(a).

Ata 3 Fa'ata'ita'iga o le matagaluega ma le pi'o fa'asalalauina o le laina fa'asalalau tu'ufa'atasi agavale

A o faʻateleina le televave, e faasolosolo malie ona faʻateleina uiga o le faʻasalalauina o le CRLH-TL. E mafua ona o le saoasaoa o le vaega (e pei o le vp=ω/β) e faʻalagolago tele i le televave. I televave maualalo, e pulea e le LH le CRLH-TL, ae i televave maualuluga, e pulea e le RH le CRLH-TL. O loʻo faʻaalia ai le natura lua o le CRLH-TL. O loʻo faʻaalia i le Ata 3(b) le ata o le faʻasalalauina o le paleni o le CRLH-TL. E pei ona faʻaalia i le Ata 3(b), o le suiga mai le LH i le RH e tupu i:

O fea o le ω0 o le fesuia'iga o le taimi. O le mea lea, i le tulaga paleni, e tupu se fesuia'iga sologa lelei mai le LH i le RH auā o le γ o se numera fa'ata'ita'i. O le mea lea, e leai se taofi mo le fa'asalalauina o le CRLH-TL paleni. E ui o le β e leai se gata i le ω0 (e le gata pe a fa'atatau i le galu ta'ita'ia, ie, λg=2π/|β|), ae o lo'o fa'asalalau pea le galu auā o le vg i le ω0 e le o se leai se leai. I se tulaga fa'apena fo'i, i le ω0, o le suiga o le vaega e leai se leai mo se TL o le umi d (ie, φ= - βd=0). O le alualu i luma o le vaega (ie, φ>0) e tupu i le vaega o le taimi LH (ie, ω<ω0), ma le fa'atuai o le vaega (ie, φ<0) e tupu i le vaega o le taimi RH (ie, ω>ω0). Mo se CRLH TL, o le impedance uiga ese e fa'amatalaina e pei ona taua i lalo:

O fea o ZL ma ZR o le PLH ma le PRH impedances, i le faasologa. Mo le tulaga e le paleni, o le impedance uiga ese e faalagolago i le frequency. O le fua faatatau o loʻo i luga e faʻaalia ai o le tulaga paleni e tutoatasi mai le frequency, o lea e mafai ai ona i ai se bandwidth match lautele. O le fua faatatau TL e maua mai i luga e tutusa ma le constitutive parameters e faʻamatalaina ai le CRLH material. O le propagation constant o le TL o le γ=jβ=Sqrt(ZY). I le tuʻuina atu o le propagation constant o le material (β=ω x Sqrt(εμ)), e mafai ona maua le fua faatatau lenei:

I se tulaga tutusa, o le impedance uiga ese o le TL, ie, Z0=Sqrt(ZY), e tutusa ma le impedance uiga ese o le meafaitino, ie, η=Sqrt(μ/ε), lea e faʻaalia e pei o:

O le fa'asinomaga fa'afo'i o le CRLH-TL paleni ma le le paleni (e pei o le n = cβ/ω) o lo'o fa'aalia i le Ata 4. I le Ata 4, o le fa'asinomaga fa'afo'i o le CRLH-TL i lona vaega LH e le lelei ma o le fa'asinomaga fa'afo'i i lona vaega RH e lelei.

Ata. 4 Fa'ailoga masani o le refractive o CRLH TLs paleni ma le le paleni.

1. Feso'ota'iga LC
I le fa'asolosoloina o sela LC bandpass o lo'o fa'aalia i le Ata 5(a), e mafai ona fausia fa'avaitaimi pe leai fo'i se CRLH-TL masani ma le tutusa lelei o le umi d. I se tulaga lautele, ina ia mautinoa le faigofie o le fuafuaina ma le gaosiga o le CRLH-TL, e mana'omia ona fa'avaitaimi le matagaluega. Pe a fa'atusatusa i le fa'ata'ita'iga o le Ata 1(c), e leai se tele o le sela matagaluega o le Ata 5(a) ma e matua la'ititi lava le umi fa'aletino (e pei o le Δz i mita). I le mafaufauina o lona umi eletise θ=Δφ (rad), e mafai ona fa'aalia le vaega o le sela LC. Peita'i, ina ia iloa moni le inductance ma le capacitance fa'aoga, e mana'omia ona fa'atuina se umi fa'aletino p. O le filifiliga o tekinolosi fa'aoga (e pei o le microstrip, coplanar waveguide, vaega o le fa'apipi'iina o luga, ma isi) o le a a'afia ai le tele fa'aletino o le sela LC. O le sela LC o le Ata 5(a) e tutusa ma le fa'ata'ita'iga fa'aopoopo o le Ata 1(c), ma lona tapula'a p=Δz→0. E tusa ai ma le tulaga tutusa p→0 i le Ata 5(b), e mafai ona fausia se TL (e ala i le fa'asolosoloina o sela LC) e tutusa ma se CRLH-TL tutusa lelei ma le umi d, ina ia foliga tutusa le TL i galu eletise.

Ata 5 CRLH TL e faʻavae i luga o le fesoʻotaʻiga LC.

Mo le sela LC, i le iloiloina o tuutuuga tuaoi faavaitaimi (PBCs) e tutusa ma le teorema Bloch-Floquet, o le sootaga o le dispersion o le sela LC ua faamaonia ma faailoa mai e pei ona taua i lalo:

O le fa'asologa o le impedance (Z) ma le shunt admittance (Y) o le LC cell e fuafuaina e ala i fa'atusatusaga nei:

Talu ai e matuā laʻititi lava le umi eletise o le matagaluega LC a le iunite, e mafai ona faʻaaogaina le faʻatusatusaga a Taylor e maua ai:

2. Fa'atinoga Fa'aletino
I le vaega ua mavae, ua talanoaina le feso'ota'iga LC e fa'atupu ai le CRLH-TL. E na'o le fa'aaogaina o vaega fa'aletino e mafai ona gaosia ai le capacitance mana'omia (CR ma le CL) ma le inductance (LR ma le LL) e mafai ona fa'atinoina ia feso'ota'iga LC. I tausaga talu ai nei, o le fa'aogaina o vaega o le chip po'o vaega tufatufaina ua tosina mai ai le tele o le naunau i le fa'aogaina o le tekonolosi o le fa'apipi'iina i luga o le fogaeleele (SMT). E mafai ona fa'aogaina le Microstrip, stripline, coplanar waveguide po'o isi tekinolosi fa'apena e fa'atino ai vaega tufatufaina. E tele mea e mafaufau i ai pe a filifilia ni chips SMT po'o ni vaega tufatufaina. O fausaga CRLH e fa'avae i le SMT e sili atu ona taatele ma faigofie ona fa'atinoina i tulaga o le au'ili'iliga ma le mamanu. E mafua ona o le maua o vaega chip SMT ua uma ona saunia, e le mana'omia le toe fa'aleleia ma le gaosiga pe a fa'atusatusa i vaega tufatufaina. Peita'i, o le maua o vaega SMT e salalau solo, ma e masani lava ona na'o le galulue i taimi maualalo (e pei o le 3-6GHz). O le mea lea, o fausaga CRLH e fa'avae i le SMT e iai ni vaega fa'atapula'aina o le fa'agaioiga ma uiga fa'apitoa o le vaega. Mo se fa'ata'ita'iga, i fa'aoga fa'asalalau, atonu e le mafai ona fa'atinoina vaega chip SMT. O loʻo faʻaalia i le Ata 6 se fausaga tufatufaina e faʻavae i luga o le CRLH-TL. O le fausaga e faʻatinoina e ala i le capacitance interdigital ma laina puʻupuʻu, e fausia ai le capacitance faʻasolosolo CL ma le inductance tutusa LL o le LH. O le capacitance i le va o le laina ma le GND e manatu o le capacitance RH CR, ma o le inductance e mafua mai i le flux magnetic e fausia e le tafe o le eletise i le fausaga interdigital e manatu o le inductance RH LR.