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Iloiloga Antenna: O se Iloiloga o Fractal Metasurfaces ma Antenna Design

I. Folasaga
Fractals o mea fa'amatematika e fa'aalia uiga tutusa i fua eseese. O lona uiga pe a e fa'asolo i totonu/fa'atu i luga o se fa'ailoga vaevae, o ona vaega ta'itasi e foliga tutusa ma le atoaga; o lona uiga, fa'atusa fa'atusa fa'atusa po'o fausaga e toe fai i tulaga fa'alautele eseese (silasila i fa'ata'ita'iga fa'atusa i le Ata 1). O le tele o fractals e lavelave, au'ili'ili, ma fa'alavelave fa'alavelave.

Fa'ata'ita'iga Fractal

ata 1

O le manatu o fractals na faʻalauiloaina e le mathematician Benoit B. Mandelbrot i le 1970s, e ui lava o le amataga o le fractal geometry e mafai ona toe maua i tua i le galuega muamua a le tele o mathematicians, e pei o Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915). ), Iulia (1918), Fatou (1926), ma Richardson (1953).
Na suʻesuʻeina e Benoit B. Mandelbrot le sootaga i le va o fractals ma le natura e ala i le faʻalauiloaina o ituaiga fou o fractals e faʻataʻitaʻi ai fausaga sili atu ona faigata, e pei o laau, mauga, ma matafaga. Na ia faia le upu "fractal" mai le Latin adjective "fractus", o lona uiga "ga'i" po'o le "ga'i", o lona uiga o lo'o tu'ufa'atasia i vaega malepelepe, e fa'amatala ai foliga fa'akomepiuta fa'aletonu ma vaevae e le mafai ona fa'avasegaina e le fa'asologa masani a le Euclidean. E le gata i lea, na ia atiaeina faʻataʻitaʻiga o le matematika ma algorithms mo le fausiaina ma le suʻesuʻeina o fractals, lea na mafua ai le fatuina o le seti lauiloa Mandelbrot, lea atonu o le sili ona taʻutaʻua ma mataʻina foliga faʻataʻitaʻi faʻatasi ma faʻalavelave faigata ma faʻasolosolo faʻasolosolo (silasila i le Ata 1d).
O le galuega a Mandelbrot e le gata na i ai se aafiaga i le matematika, ae o loʻo i ai foʻi faʻaoga i matata eseese e pei o le fisiki, ata komepiuta, biology, tamaoaiga, ma faatufugaga. O le mea moni, ona o lo latou gafatia e faʻataʻitaʻi ma fai ma sui o fausaga lavelave ma tutusa tutusa, o fractals e tele ni faʻaoga fou i vaega eseese. Mo se faʻataʻitaʻiga, ua faʻaaogaina lautele i vaega faʻaoga nei, o ni nai faʻataʻitaʻiga o la latou faʻaoga lautele:
1. Fa'akomepiuta ata ma fa'afiafiaga, fa'atupuina ata fa'anatura fa'anatura, la'au, ao, ma fe'ai;
2. Fa'amatalaga fa'atekonolosi fa'atekonolosi e fa'aitiitia ai le tele o faila numera;
3. Fa'asologa o ata ma fa'ailo, su'eina o ata mai ata, su'esu'eina o mamanu, ma tu'uina atu auala lelei fa'apipi'i ma toe fa'aleleia;
4. Biology, faʻamatalaina le tuputupu aʻe o laʻau ma le faʻatulagaina o neu i le faiʻai;
5. Antenna theory ma metamaterials, mamanuina fa'atusatusa / tele-band antennas ma metasurfaces fou.
I le taimi nei, o lo'o fa'aauau pea ona su'e fa'aoga fou ma fa'afouga fa'aoga fa'asaienisi, fa'ata'ita'i ma fa'atekonolosi.
I le eletise eletise (EM), e aoga tele foliga faʻapitoa mo faʻaoga e manaʻomia ai le faʻaitiitiga, mai antennas i metamaterials ma faʻasologa filifilia luga (FSS). O le fa'aogaina o le fa'ata'ita'i fa'asolosolo i antenna masani e mafai ona fa'ateleina ai le umi o le eletise, ma fa'aitiitia ai le aofa'i atoa o le fausaga o le resonant. E le gata i lea, o le uiga tutusa o foliga faʻapena e faʻapena ona lelei mo le faʻaalia o fausaga faʻapipiʻi tele-band poʻo broadband. O le fa'aitiitiga fa'aitiitiga fa'apitoa o fractals e fa'apitoa lava le manaia mo le fa'atulagaina o ata fa'ata, fa'asologa fa'asolosolo antennas, mea fa'apipi'i metamaterial ma metasurfaces mo fa'aoga eseese. O le mea moni, o le faʻaaogaina o elemene laʻititi laʻititi e mafai ona maua ai le tele o mea lelei, e pei o le faʻaitiitia o soʻotaga felagolagomaʻi poʻo le mafai ona galulue faʻatasi ma le laʻititi o le va o elemene, ma faʻamautinoa ai le lelei o le suʻesuʻeina ma le maualuga maualuga o le mautu.
Mo mafua'aga o lo'o ta'ua i luga, o antenna fractal ma metasurfaces o lo'o fa'atusalia ai ni vaega su'esu'e mata'ina se lua i le matata o le electromagnetics lea na tosina mai ai le tele o manatu i tausaga talu ai nei. O manatu uma e lua o loʻo ofoina atu auala faʻapitoa e faʻaogaina ma pulea ai galu electromagnetic, faʻatasi ai ma le tele o faʻaoga i fesoʻotaʻiga uaealesi, radar system ma lagona. O latou uiga tutusa e mafai ai ona latou laʻititi i le lapopoa aʻo faʻatumauina lelei le tali atu i le electromagnetic. O lenei faʻatusatusaga e sili ona aoga i faʻaoga avanoa, e pei o masini feaveaʻi, faʻailoga RFID, ma faʻaoga vaalele.
O le fa'aogaina o antenna fractal ma metasurfaces e mafai ona fa'aleleia atili feso'ota'iga uaealesi, ata, ma fa'aogaina o le radar, aua latou te fa'aogaina masini fa'apipi'i, maualuga fa'atinoga ma fa'aleleia galuega. E le gata i lea, o le fractal geometry o loʻo faʻateleina le faʻaaogaina i le mamanu o masini microwave mo suʻesuʻega o mea, ona o lona gafatia e faʻaogaina i le tele o laina faʻasolosolo ma lona mafai ona faʻaitiitiga. O su'esu'ega fa'aauau i nei vaega o lo'o fa'aauau pea ona su'esu'eina mamanu fou, meafaitino, ma faiga fa'ata'atia e iloa ai lo latou gafatia atoatoa.
O lenei pepa o loʻo faʻamoemoe e toe iloilo le suʻesuʻega ma le faʻaogaina o le alualu i luma o antenna fractal ma metasurfaces ma faʻatusatusa antenna faʻavae fractal o loʻo iai ma metasurfaces, faʻamaonia o latou lelei ma tapulaa. Ma le mea mulimuli, o se auiliiliga auiliili o reflectarrays fou ma metamaterial iunite o loʻo tuʻuina atu, ma o luʻitau ma atinaʻe i le lumanaʻi o nei fausaga eletise o loʻo talanoaina.

2. FractalAntennaElemene
O le manatu lautele o fractals e mafai ona faʻaogaina e mamanuina elemene antenna ese e maua ai le faʻatinoga sili atu nai lo antenna masani. O elemene antenna Fractal atonu e lapopoa i le lapopoa ma e iai le tele-band ma/poʻo le broadband gafatia.
O le mamanu o antenna fractal e aofia ai le toe faia o mamanu faʻapitoa i fua eseese i totonu o le fausaga antenna. O lenei mamanu tutusa e mafai ai ona tatou faʻateleina le umi atoa o le antenna i totonu o se avanoa faʻapitoa. E le gata i lea, e mafai e radiators fractal ona ausia le tele o fusi ona o vaega eseese o le antenna e tutusa le tasi ma le isi i fua eseese. O le mea lea, o elemene antenna fractal e mafai ona faʻapipiʻi ma faʻapipiʻi tele, e maua ai se faʻasalalauga lautele lautele nai lo antenna masani.
O le manatu o antenna fractal e mafai ona toe maua i tua i le tuai o 1980s. I le 1986, na faʻaalia ai e Kim ma Jaggard le faʻaogaina o le tutusa o le tagata lava ia i le faʻaogaina o le antenna array.
I le 1988, na fausia ai e le foma'i o Nathan Cohen le antenna elemene muamua a le lalolagi. Na ia fautua mai e ala i le tuʻufaʻatasia o geometry tutusa i totonu o le fausaga o le antenna, e mafai ona faʻaleleia le faʻatinoga ma le faʻaitiitiga gafatia. I le 1995, na faʻavaeina ai e Cohen le Fractal Antenna Systems Inc., lea na amata ona tuʻuina atu i le lalolagi faʻatauga faʻatau-faʻavae antenna fofo muamua.
I le ogatotonu o le 1990s, Puente et al. fa'aalia le malosi o fa'aupuga fa'atele o fractals e fa'aaoga ai le monopole ma le dipole a Sierpinski.
Talu mai le galuega a Cohen ma Puente, o mea lelei faʻapitoa o antenna fractal ua tosina mai ai le fiafia tele mai tagata suʻesuʻe ma inisinia i le matata o fesoʻotaʻiga, e oʻo atu ai i le suʻesuʻeina atili ma le atinaʻeina o tekinolosi antenna fractal.
I aso nei, o antenna fractal o loʻo faʻaaogaina lautele i faiga faʻafesoʻotaʻi uaealesi, e aofia ai telefoni feaveaʻi, Wi-Fi routers, ma fesoʻotaʻiga satelite. O le mea moni, o antenna fractal e la'ititi, tele-band, ma sili ona lelei, e mafai ai ona fetaui mo le tele o masini e leai ni feso'ota'iga ma feso'otaiga.
O fa'atusa o lo'o i lalo o lo'o fa'aalia ai nisi o antenna fractal e fa'avae i luga o fa'ailoga fa'a-fa'aigoa ta'uta'ua, o ni nai fa'ata'ita'iga ia o fa'asologa eseese o lo'o talanoaina i tusitusiga.
Aemaise lava, o le Ata 2a o loʻo faʻaalia ai le Sierpinski monopole na faʻatulagaina i Puente, lea e mafai ona tuʻuina atu le tele-band operation. O le tafatolu Sierpinski e faia i le toesea o le tafatolu fafao totonugalemu mai le tafatolu autu, e pei ona faaalia i le Ata 1b ma le Ata 2a. O lenei faiga e tu'u ai ni tafatolu tutusa e tolu i luga o le fausaga, e tofu le itu ma le umi o le afa o le tafatolu amata (tagai i le Ata 1b). E mafai ona toe faia le faiga lava lea e tasi mo tafatolu o totoe. O le mea lea, o ona vaega autu e tolu e tutusa lelei ma le mea atoa, ae i le faaluaina o le vaega, ma isi. Ona o nei mea fa'apitoa e tutusa ai, e mafai e Sierpinski ona tu'uina atu le tele o laina fa'alava ona o vaega eseese o le antenna e tutusa le tasi ma le isi i fua eseese. E pei ona fa'aalia i le Ata 2, o le Sierpinski monopole o lo'o fa'atonuina e fa'agaoioi ile 5 pa'u. E mafai ona iloa o vaega ta'itasi e lima (fa'ali'i li'o) o lo'o i le Ata 2a o se fua fa'atatau o le fausaga atoa, ma fa'apea ona tu'uina atu ai fa'alava fa'agaoioiga eseese e lima, e pei ona fa'aalia i le fa'aogaina o le fa'atusa i le Ata 2b. O loʻo faʻaalia foʻi e le ata faʻamaufaʻailoga e fesoʻotaʻi ma taʻaloga taʻitasi, e aofia ai le tau o le fn (1 ≤ n ≤ 5) i le tau maualalo o le gau o le faʻaaogaina o mea e fuaina (Lr), le bandwidth vavalalata (Bwidth), ma le fua faʻatatau i le va. lua fa'alava fa'afeso'ota'i (δ = fn +1/fn). O le ata 2b o lo'o fa'aalia ai o fusi o monopoles Sierpinski o lo'o va'ava'a fa'avaitaimi fa'avaitaimi e se vaega o le 2 (δ ≅ 2), lea e tutusa ma le fua fa'atatau o lo'o i ai i fausaga fa'atusa i foliga fa'a-vaega.

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O le ata 3a o lo'o fa'aalia ai se tama'i antenne uaea umi e fa'atatau i le koch fractal curve. O le antenna lea e fa'aalia e fa'aalia ai le fa'aogaina o mea e fa'atumu ai avanoa o fa'ailoga vaevae e mamanuina ai antenna laiti. O le mea moni, o le faʻaitiitia o le tele o antennas o le sini sili lea o le tele o talosaga, aemaise lava i latou e aofia ai telefoni feaveaʻi. O le Koch monopole e fa'aaogaina e fa'aaoga ai le auala fau fa'atusa o lo'o fa'aalia i le Ata 3a. O le fa'asologa muamua K0 o se monopole sa'o. O le isi fa'asologa K1 e maua e ala i le fa'aogaina o se suiga tutusa i le K0, e aofia ai le fa'avasegaina e le tasi vaetolu ma le feliuliua'i i le 0°, 60°, −60°, ma le 0°, i le faasologa. O lenei faiga e toe fai fa'asolosolo ina ia maua ai elemene mulimuli mai Ki (2 ≤ i ≤ 5). O le ata 3a o loʻo faʻaalia ai le lima faʻasologa o le Koch monopole (ie, K5) ma le maualuga h e tutusa ma le 6 cm, ae o le umi atoa o loʻo tuʻuina mai e le fua l = h ·(4/3) 5 = 25.3 cm. E lima antenna e fetaui ma le lima muamua e lima o le Koch curve ua iloa (tagai Ata 3a). O faʻataʻitaʻiga uma ma faʻamaumauga e faʻaalia ai e mafai e le Koch fractal monopole ona faʻaleleia le faʻatinoga o le monopole masani (silasila i le Ata 3b). E ta'u mai ai e ono mafai ona "fa'aitiitiina" antenna fractal, e mafai ai ona fa'aogaina i ni voluma laiti a'o fa'atumauina lelei le fa'atinoga.

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O le ata 4a o lo'o fa'aalia ai se antenna fractal e fa'avae i luga o se seti Cantor, lea e fa'aoga e fa'ata'atia ai se antenna lautele mo le fa'aogaina o le malosi. O le meatotino tulaga ese o antenna fractal o loʻo faʻaalia ai le tele o resonances lata ane ua faʻaogaina e maua ai se bandwidth lautele nai lo antenna masani. E pei ona faʻaalia i le Ata 1a, o le mamanu o le Cantor fractal set e matua faigofie lava: o le laina saʻo muamua e kopiina ma vaevaeina i ni vaega tutusa se tolu, lea e aveese ai le vaega ogatotonu; o le faiga lava lea e tasi e fa'aaogaina fa'asolosolo i vaega fou ua gaosia. O la'asaga fa'asolosolo fa'asolosolo e toe fai se'ia maua se fa'alava fa'alava (BW) o le 0.8-2.2 GHz (ie, 98% BW). O le Ata 4 o lo'o fa'aalia ai se ata o le fa'ata'ita'iga antenna (Ata 4a) ma lona fa'atusa fa'atusa (Ata 4b).

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O le ata 5 o lo'o tu'uina mai ai le tele o fa'ata'ita'iga o antenna fractal, e aofia ai le Hilbert curve-based monopole antenna, a Mandelbrot-based microstrip patch antenna, ma le Koch island (po'o le "snowflake") fa'apipi'i fasi.

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I le mea mulimuli, o le Ata 6 o loʻo faʻaalia ai faʻasologa eseese o elemene elemene, e aofia ai Sierpinski kapeta planar arrays, Cantor ring arrays, Cantor linear arrays, ma fractal trees. O nei fa'atonuga e aoga mo le fa'atupuina o fa'asologa fa'apitoa ma/po'o le ausiaina o fa'atinoga fa'aopoopo fa'aili.

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Mo nisi fa'amatalaga e uiga i antenna, fa'amolemole asiasi:


Taimi meli: Iul-26-2024

Maua le Pepa Fa'amatalaga o Oloa