I. ແນະນໍາ
Metamaterials ສາມາດໄດ້ຮັບການອະທິບາຍທີ່ດີທີ່ສຸດເປັນໂຄງສ້າງທີ່ຖືກອອກແບບປອມເພື່ອຜະລິດຄຸນສົມບັດແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າບາງຢ່າງທີ່ບໍ່ມີທໍາມະຊາດ. Metamaterials ທີ່ມີ permittivity ລົບແລະການ permeability ລົບແມ່ນເອີ້ນວ່າ metamaterials ຊ້າຍມື (LHMs). LHMs ໄດ້ຮັບການສຶກສາຢ່າງກວ້າງຂວາງໃນຊຸມຊົນວິທະຍາສາດແລະວິສະວະກໍາ. ໃນປີ 2003, LHMs ໄດ້ຖືກຕັ້ງຊື່ເປັນໜຶ່ງໃນ 10 ຄວາມກ້າວໜ້າທາງວິທະຍາສາດຂອງຍຸກສະໄໝໂດຍວາລະສານວິທະຍາສາດ. ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ, ແນວຄວາມຄິດ, ແລະອຸປະກອນໃຫມ່ໄດ້ຖືກພັດທະນາໂດຍການຂຸດຄົ້ນຄຸນສົມບັດທີ່ເປັນເອກະລັກຂອງ LHMs. ວິທີການສາຍສົ່ງ (TL) ແມ່ນວິທີການອອກແບບທີ່ມີປະສິດທິພາບທີ່ຍັງສາມາດວິເຄາະຫຼັກການຂອງ LHMs. ເມື່ອປຽບທຽບກັບ TLs ແບບດັ້ງເດີມ, ລັກສະນະທີ່ສໍາຄັນຂອງ TLs metamaterial ແມ່ນການຄວບຄຸມຂອງຕົວກໍານົດການ TL (ການຂະຫຍາຍພັນຄົງທີ່) ແລະການຂັດຂວາງລັກສະນະ. ການຄວບຄຸມຂອງຕົວກໍານົດການ metamaterial TL ສະຫນອງແນວຄວາມຄິດໃຫມ່ສໍາລັບການອອກແບບໂຄງສ້າງເສົາອາກາດທີ່ມີຂະຫນາດທີ່ຫນາແຫນ້ນ, ປະສິດທິພາບສູງ, ແລະຫນ້າທີ່ໃຫມ່. ຮູບທີ 1 (a), (b), ແລະ (c) ສະແດງຕົວແບບວົງຈອນການສູນເສຍຂອງສາຍສົ່ງຂວາມືບໍລິສຸດ (PRH), ສາຍສົ່ງຊ້າຍມືບໍລິສຸດ (PLH), ແລະສາຍສົ່ງຊ້າຍມືຂວາປະສົມ ( CRLH), ຕາມລໍາດັບ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1(a), ຮູບແບບວົງຈອນທຽບເທົ່າ PRH TL ປົກກະຕິແລ້ວແມ່ນການປະສົມປະສານຂອງຊຸດ inductance ແລະ shunt capacitance. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1(b), ຮູບແບບວົງຈອນ PLH TL ແມ່ນການປະສົມປະສານຂອງ inductance shunt ແລະ capacitance ຊຸດ. ໃນການປະຕິບັດຕົວຈິງ, ມັນເປັນໄປບໍ່ໄດ້ທີ່ຈະປະຕິບັດວົງຈອນ PLH. ນີ້ແມ່ນເນື່ອງມາຈາກການ inductance ຊຸດແມ່ກາຝາກທີ່ບໍ່ສາມາດຫຼີກເວັ້ນໄດ້ແລະຜົນກະທົບ shunt capacitance. ດັ່ງນັ້ນ, ຄຸນລັກສະນະຂອງສາຍສົ່ງທາງຊ້າຍທີ່ສາມາດຮັບຮູ້ໄດ້ໃນປັດຈຸບັນແມ່ນໂຄງສ້າງຂອງມືຊ້າຍແລະຂວາປະສົມທັງຫມົດ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 1(c).
ຮູບທີ 1 ຮູບແບບວົງຈອນສາຍສົ່ງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ
ການຂະຫຍາຍພັນຄົງທີ່ (γ) ຂອງສາຍສົ່ງ (TL) ແມ່ນຄິດໄລ່ເປັນ: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), ບ່ອນທີ່ Y ແລະ Z ເປັນຕົວແທນຂອງ admittance ແລະ impedance ຕາມລໍາດັບ. ພິຈາລະນາ CRLH-TL, Z ແລະ Y ສາມາດສະແດງອອກເປັນ:
ເອກະພາບ CRLH TL ຈະມີການພົວພັນການກະຈາຍດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
ໄລຍະຄົງທີ່ β ສາມາດເປັນຕົວເລກທີ່ແທ້ຈິງທີ່ບໍລິສຸດ ຫຼືຕົວເລກຈິນຕະນາການຢ່າງບໍລິສຸດ. ຖ້າβເປັນຈິງຢ່າງສົມບູນພາຍໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່, ມີ passband ພາຍໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່ເນື່ອງຈາກເງື່ອນໄຂ γ = jβ. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ຖ້າ β ເປັນຕົວເລກຈິນຕະນາການທີ່ບໍລິສຸດພາຍໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່, ມີແຖບຢຸດພາຍໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່ເນື່ອງຈາກເງື່ອນໄຂ γ = α. ແຖບຢຸດນີ້ແມ່ນເປັນເອກະລັກຂອງ CRLH-TL ແລະບໍ່ມີຢູ່ໃນ PRH-TL ຫຼື PLH-TL. ຮູບ 2 (a), (b), ແລະ (c) ສະແດງໃຫ້ເຫັນເສັ້ນໂຄ້ງການກະຈາຍ (ie, ການພົວພັນ ω - β) ຂອງ PRH-TL, PLH-TL, ແລະ CRLH-TL, ຕາມລໍາດັບ. ອີງຕາມເສັ້ນໂຄ້ງການກະຈາຍ, ຄວາມໄວຂອງກຸ່ມ (vg=∂ω/∂β) ແລະຄວາມໄວໄລຍະ (vp=ω/β) ຂອງສາຍສົ່ງສາມາດໄດ້ຮັບແລະຄາດຄະເນ. ສໍາລັບ PRH-TL, ມັນຍັງສາມາດຖືກພິຈາລະນາຈາກເສັ້ນໂຄ້ງທີ່ vg ແລະ vp ແມ່ນຂະຫນານ (ເຊັ່ນ, vpvg>0). ສໍາລັບ PLH-TL, ເສັ້ນໂຄ້ງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ vg ແລະ vp ບໍ່ຂະຫນານກັນ (ເຊັ່ນ, vpvg<0). ເສັ້ນໂຄ້ງການກະຈາຍຂອງ CRLH-TL ຍັງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການມີຢູ່ຂອງພາກພື້ນ LH (ເຊັ່ນ, vpvg < 0) ແລະພາກພື້ນ RH (ie, vpvg > 0). ດັ່ງທີ່ເຫັນໄດ້ຈາກຮູບ 2(c), ສໍາລັບ CRLH-TL, ຖ້າ γ ເປັນຕົວເລກທີ່ແທ້ຈິງ, ມີແຖບຢຸດ.
ຮູບທີ 2 ການກະຈາຍເສັ້ນໂຄ້ງຂອງສາຍສົ່ງທີ່ແຕກຕ່າງກັນ
ໂດຍປົກກະຕິແລ້ວ, ໄລຍະແລະສຽງສະທ້ອນຂະໜານຂອງ CRLH-TL ແມ່ນແຕກຕ່າງກັນ, ເຊິ່ງເອີ້ນວ່າສະຖານະທີ່ບໍ່ສົມດຸນ. ແນວໃດກໍ່ຕາມ, ເມື່ອຄວາມຖີ່ຂອງຄວາມຖີ່ ແລະ ຄວາມຖີ່ຂອງ resonance ຂະໜານແມ່ນຄືກັນ, ມັນເອີ້ນວ່າສະຖານະສົມດຸນ, ແລະຜົນໄດ້ຮັບຂອງຕົວແບບວົງຈອນທຽບເທົ່າແບບງ່າຍດາຍແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 3(a).
ຮູບທີ 3 ຮູບແບບວົງຈອນ ແລະເສັ້ນໂຄ້ງກະແຈກກະຈາຍຂອງສາຍສົ່ງທາງຊ້າຍປະສົມ
ເມື່ອຄວາມຖີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຄຸນລັກສະນະການກະຈາຍຂອງ CRLH-TL ຄ່ອຍໆເພີ່ມຂຶ້ນ. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າຄວາມໄວຂອງໄລຍະ (ie, vp=ω/β) ເພີ່ມຂຶ້ນຂຶ້ນກັບຄວາມຖີ່. ໃນຄວາມຖີ່ຕ່ໍາ, CRLH-TL ຖືກຄອບງໍາໂດຍ LH, ໃນຂະນະທີ່ຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ສູງ, CRLH-TL ຖືກຄອບງໍາໂດຍ RH. ນີ້ພັນລະນາລັກສະນະຄູ່ຂອງ CRLH-TL. ແຜນວາດການກະຈາຍຄວາມສົມດຸນຂອງ CRLH-TL ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 3(b). ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 3(b), ການຫັນປ່ຽນຈາກ LH ໄປ RH ເກີດຂຶ້ນຢູ່ທີ່:
ບ່ອນທີ່ ω0 ແມ່ນຄວາມຖີ່ຂອງການຫັນປ່ຽນ. ດັ່ງນັ້ນ, ໃນກໍລະນີທີ່ສົມດູນ, ການປ່ຽນແປງທີ່ລຽບງ່າຍເກີດຂື້ນຈາກ LH ຫາ RH ເພາະວ່າ γ ເປັນຕົວເລກທີ່ສົມມຸດຕິຖານຢ່າງແທ້ຈິງ. ດັ່ງນັ້ນ, ບໍ່ມີແຖບຢຸດສໍາລັບການກະຈາຍ CRLH-TL ທີ່ສົມດູນ. ເຖິງແມ່ນວ່າ β ເປັນສູນຢູ່ທີ່ ω0 (ເປັນນິດພີ່ນ້ອງກັບຄວາມຍາວຂອງຄື້ນທີ່ແນະນໍາ, ie, λg = 2π/|β|), ຄື້ນຍັງຄົງຂະຫຍາຍພັນໄດ້ເພາະວ່າ vg ຢູ່ ω0 ບໍ່ແມ່ນສູນ. ເຊັ່ນດຽວກັນ, ຢູ່ ω0, ການປ່ຽນແປງໄລຍະແມ່ນສູນສໍາລັບ TL ຂອງຄວາມຍາວ d (ie, φ= - βd=0). ຄວາມກ້າວຫນ້າຂອງໄລຍະ (ie, φ>0) ເກີດຂື້ນໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່ຂອງ LH (ie, ω<ω0), ແລະການຊັກຊ້າໄລຍະ (ເຊັ່ນ, φ<0) ເກີດຂື້ນໃນຂອບເຂດຄວາມຖີ່ RH (ie, ω>ω0). ສໍາລັບ CRLH TL, impedance ລັກສະນະໄດ້ຖືກອະທິບາຍດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
ບ່ອນທີ່ ZL ແລະ ZR ແມ່ນ PLH ແລະ PRH impedances, ຕາມລໍາດັບ. ສໍາລັບກໍລະນີທີ່ບໍ່ສົມດຸນ, impedance ລັກສະນະແມ່ນຂຶ້ນກັບຄວາມຖີ່. ສົມຜົນຂ້າງເທິງສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າກໍລະນີທີ່ສົມດູນເປັນເອກະລາດຂອງຄວາມຖີ່, ດັ່ງນັ້ນມັນສາມາດມີແບນວິດທີ່ກວ້າງ. ສົມຜົນ TL ທີ່ມາຈາກຂ້າງເທິງແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບຕົວກໍານົດການປະກອບທີ່ກໍານົດວັດສະດຸ CRLH. ຄົງທີ່ການຂະຫຍາຍພັນຂອງ TL ແມ່ນ γ=jβ=Sqrt(ZY). ເນື່ອງຈາກການຂະຫຍາຍພັນຄົງທີ່ຂອງວັດສະດຸ (β=ω x Sqrt(εμ)), ສົມຜົນຕໍ່ໄປນີ້ສາມາດໄດ້ຮັບ:
ເຊັ່ນດຽວກັນ, ລັກສະນະ impedance ຂອງ TL, ie, Z0 = Sqrt (ZY), ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບລັກສະນະ impedance ຂອງວັດສະດຸ, ie, η=Sqrt(μ/ε), ເຊິ່ງສະແດງອອກເປັນ:
ດັດຊະນີການສະທ້ອນຂອງ CRLH-TL ທີ່ສົມດຸນແລະບໍ່ສົມດຸນ (ie, n = cβ/ω) ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 4. ໃນຮູບທີ 4, ດັດຊະນີສະທ້ອນແສງຂອງ CRLH-TL ໃນລະດັບ LH ຂອງມັນແມ່ນເປັນລົບແລະດັດຊະນີ refractive ໃນ RH ຂອງມັນ. ຊ່ວງແມ່ນບວກ.
Fig. 4 ຕົວຊີ້ວັດການສະທ້ອນແບບປົກກະຕິຂອງ CRLH TLs ທີ່ສົມດຸນແລະບໍ່ສົມດຸນ.
1. ເຄືອຂ່າຍ LC
ໂດຍ cascading ຈຸລັງ bandpass LC ທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ 5(a), CRLH-TL ປົກກະຕິທີ່ມີປະສິດຕິຜົນຂອງຄວາມສອດຄ່ອງຂອງຄວາມຍາວ d ສາມາດສ້າງເປັນແຕ່ລະໄລຍະຫຼືບໍ່ເປັນໄລຍະເວລາ. ໂດຍທົ່ວໄປ, ເພື່ອຮັບປະກັນຄວາມສະດວກໃນການຄິດໄລ່ແລະການຜະລິດ CRLH-TL, ວົງຈອນຈໍາເປັນຕ້ອງມີໄລຍະເວລາ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບຕົວແບບຂອງຮູບ 1(c), ຕາລາງວົງຈອນຂອງຮູບ 5(a) ບໍ່ມີຂະຫນາດແລະຄວາມຍາວທາງດ້ານຮ່າງກາຍແມ່ນຫນ້ອຍທີ່ບໍ່ມີຂອບເຂດ (ເຊັ່ນ, Δz ໃນແມັດ). ພິຈາລະນາຄວາມຍາວໄຟຟ້າຂອງມັນ θ=Δφ (rad), ໄລຍະຂອງເຊນ LC ສາມາດສະແດງອອກ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ເພື່ອຮັບຮູ້ຕົວນໍາ inductance ແລະ capacitance ຕົວຈິງ, ຄວາມຍາວທາງກາຍະພາບ p ຕ້ອງໄດ້ຮັບການສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນ. ທາງເລືອກຂອງເທກໂນໂລຍີຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ (ເຊັ່ນ: microstrip, coplanar waveguide, ອົງປະກອບ mount ດ້ານ, ແລະອື່ນໆ) ຈະສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ຂະຫນາດທາງດ້ານຮ່າງກາຍຂອງເຊນ LC. ຕາລາງ LC ຂອງຮູບທີ 5(a) ແມ່ນຄ້າຍຄືກັນກັບຕົວແບບທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຮູບ 1(c), ແລະຂອບເຂດຈໍາກັດຂອງມັນ p=Δz→0. ອີງຕາມສະພາບຄວາມເປັນເອກະພາບ p→0 ໃນຮູບທີ 5(b), TL ສາມາດສ້າງໄດ້ (ໂດຍຈຸລັງ LC cascading) ເທົ່າກັບ CRLH-TL ເອກະພາບທີ່ເຫມາະສົມກັບຄວາມຍາວ d, ດັ່ງນັ້ນ TL ປະກົດວ່າເປັນເອກະພາບກັບຄື້ນແມ່ເຫຼັກໄຟຟ້າ.
ຮູບ 5 CRLH TL ອີງໃສ່ເຄືອຂ່າຍ LC.
ສໍາລັບເຊນ LC, ພິຈາລະນາເງື່ອນໄຂຂອບເຂດໄລຍະເວລາ (PBCs) ຄ້າຍຄືກັນກັບທິດສະດີ Bloch-Floquet, ການພົວພັນການກະຈາຍຂອງເຊນ LC ໄດ້ຖືກພິສູດແລະສະແດງອອກດັ່ງຕໍ່ໄປນີ້:
ຊຸດ impedance (Z) ແລະ shunt admittance (Y) ຂອງເຊນ LC ຖືກກຳນົດໂດຍສົມຜົນຕໍ່ໄປນີ້:
ເນື່ອງຈາກຄວາມຍາວໄຟຟ້າຂອງວົງຈອນ LC ຫນ່ວຍມີຂະຫນາດນ້ອຍຫຼາຍ, ການປະມານ Taylor ສາມາດນໍາໃຊ້ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຮັບ:
2. ການປະຕິບັດທາງດ້ານຮ່າງກາຍ
ໃນສ່ວນທີ່ຜ່ານມາ, ເຄືອຂ່າຍ LC ເພື່ອສ້າງ CRLH-TL ໄດ້ຖືກປຶກສາຫາລື. ເຄືອຂ່າຍ LC ດັ່ງກ່າວສາມາດໄດ້ຮັບການຮັບຮູ້ພຽງແຕ່ໂດຍການຮັບຮອງເອົາອົງປະກອບທາງກາຍະພາບທີ່ສາມາດຜະລິດ capacitance ທີ່ກໍານົດໄວ້ (CR ແລະ CL) ແລະ inductance (LR ແລະ LL). ໃນຊຸມປີມໍ່ໆມານີ້, ຄໍາຮ້ອງສະຫມັກຂອງອົງປະກອບ chip mount ດ້ານເຕັກໂນໂລຊີ (SMT) ຫຼືອົງປະກອບທີ່ແຈກຢາຍໄດ້ດຶງດູດຄວາມສົນໃຈຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. Microstrip, stripline, coplanar waveguide ຫຼືເຕັກໂນໂລຢີທີ່ຄ້າຍຄືກັນອື່ນໆສາມາດນໍາໃຊ້ເພື່ອຮັບຮູ້ອົງປະກອບທີ່ແຈກຢາຍ. ມີຫຼາຍປັດໃຈທີ່ຕ້ອງພິຈາລະນາໃນເວລາເລືອກຊິບ SMT ຫຼືອົງປະກອບທີ່ແຈກຢາຍ. ໂຄງສ້າງ CRLH ທີ່ອີງໃສ່ SMT ແມ່ນທົ່ວໄປແລະງ່າຍຕໍ່ການປະຕິບັດໃນການວິເຄາະແລະການອອກແບບ. ນີ້ແມ່ນຍ້ອນວ່າມີສ່ວນປະກອບຂອງຊິບ SMT off-shelf, ເຊິ່ງບໍ່ຈໍາເປັນຕ້ອງມີການປັບປຸງໃຫມ່ແລະການຜະລິດທຽບກັບອົງປະກອບທີ່ແຈກຢາຍ. ຢ່າງໃດກໍ່ຕາມ, ການມີອົງປະກອບ SMT ແມ່ນກະແຈກກະຈາຍ, ແລະປົກກະຕິແລ້ວພວກມັນພຽງແຕ່ເຮັດວຽກຢູ່ໃນຄວາມຖີ່ຕ່ໍາ (ເຊັ່ນ, 3-6GHz). ດັ່ງນັ້ນ, ໂຄງສ້າງ CRLH ທີ່ອີງໃສ່ SMT ມີຊ່ວງຄວາມຖີ່ຂອງການໃຊ້ງານທີ່ຈຳກັດ ແລະ ລັກສະນະສະເພາະໄລຍະ. ສໍາລັບຕົວຢ່າງ, ໃນຄໍາຮ້ອງສະຫມັກ radiating, ອົງປະກອບຊິບ SMT ອາດຈະບໍ່ເປັນໄປໄດ້. ຮູບ 6 ສະແດງໂຄງສ້າງການແຈກຢາຍໂດຍອີງໃສ່ CRLH-TL. ໂຄງປະກອບການໄດ້ຖືກຮັບຮູ້ໂດຍສາຍ capacitance interdigital ແລະວົງຈອນສັ້ນ, ປະກອບເປັນຊຸດ capacitance CL ແລະ inductance ຂະຫນານ LL ຂອງ LH ຕາມລໍາດັບ. capacitance ລະຫວ່າງສາຍແລະ GND ແມ່ນສົມມຸດວ່າເປັນ RH capacitance CR, ແລະ inductance ທີ່ຜະລິດໂດຍ flux ແມ່ເຫຼັກທີ່ສ້າງຂຶ້ນໂດຍການໄຫຼຂອງປະຈຸບັນໃນໂຄງສ້າງ interdigital ແມ່ນສົມມຸດວ່າ RH inductance LR.
ຮູບທີ 6 ໄມໂຄຣສະຕິກ CRLH TL ທີ່ມີຂະໜາດດຽວປະກອບດ້ວຍຕົວເກັບປະຈຸ interdigital ແລະຕົວ inductors ເສັ້ນສັ້ນ.
ເພື່ອສຶກສາເພີ່ມເຕີມກ່ຽວກັບເສົາອາກາດ, ກະລຸນາເຂົ້າໄປທີ່:
ເວລາປະກາດ: 23-08-2024
