Fréttir - Yfirlit yfir loftnet fyrir sendingarlínur byggðar á málmefnum (2. hluti)

2. Notkun MTM-TL í loftnetskerfum
Í þessum kafla verður fjallað um loftnetslínur úr gerviefni og nokkrar af algengustu og viðeigandi notkunarmöguleikum þeirra til að útbúa ýmsar loftnetsbyggingar með litlum tilkostnaði, auðveldri framleiðslu, smækkun, breiðri bandvídd, mikilli ávinningi og skilvirkni, breiðri skönnunargetu og lágu sniði. Þau eru rædd hér að neðan.

1. Breiðbands- og fjöltíðniloftnet
Í dæmigerðri flutningslínu með lengd l, þegar horntíðnin ω0 er gefin, er hægt að reikna rafmagnslengd (eða fasa) flutningslínunnar á eftirfarandi hátt:

Þar sem vp táknar fasahraða flutningslínunnar. Eins og sjá má af ofangreindu samsvarar bandvíddin náið hópseinkuninni, sem er afleiða φ með tilliti til tíðni. Þess vegna, þegar lengd flutningslínunnar styttist, verður bandvíddin einnig breiðari. Með öðrum orðum er öfugt samband milli bandvíddarinnar og grunnfasa flutningslínunnar, sem er hönnunarsértækt. Þetta sýnir að í hefðbundnum dreifðum rásum er ekki auðvelt að stjórna rekstrarbandvíddinni. Þetta má rekja til takmarkana hefðbundinna flutningslína hvað varðar frígráður. Hins vegar leyfa álagsþættir að nota viðbótarbreytur í TL-um úr málmefni og hægt er að stjórna fasasvöruninni að vissu marki. Til að auka bandvíddina er nauðsynlegt að hafa svipaða halla nálægt rekstrartíðni dreifingareiginleikanna. TL úr gervimálmefni getur náð þessu markmiði. Byggt á þessari aðferð eru margar aðferðir til að auka bandvídd loftneta lagðar til í greininni. Fræðimenn hafa hannað og smíðað tvö breiðbandsloftnet hlaðin með klofnum hringómum (sjá mynd 7). Niðurstöðurnar sem sýndar eru á mynd 7 sýna að eftir að hefðbundið einpólarloftnet hefur verið hlaðið klofinn hringómhljóðbylgju er örvuð lág ómtíðnihamur. Stærð klofinn hringómhljóðbylgjunnar er fínstillt til að ná óm sem er nálægt óm einpólarloftnetinu. Niðurstöðurnar sýna að þegar ómarnir tveir falla saman eykst bandbreidd og geislunareiginleikar loftnetsins. Lengd og breidd einpólarloftnetsins eru 0,25λ0 × 0,11λ0 og 0,25λ0 × 0,21λ0 (4GHz), talið í sömu röð, og lengd og breidd einpólarloftnetsins sem er hlaðið klofinn hringómhljóðbylgju eru 0,29λ0 × 0,21λ0 (2,9GHz), talið í sömu röð. Fyrir hefðbundið F-laga loftnet og T-laga loftnet án klofinn hringómhljóðbylgju er hæsta ávinningur og geislunarnýtni sem mæld var í 5GHz bandinu 3,6dBi - 78,5% og 3,9dBi - 80,2%, talið í sömu röð. Fyrir loftnet hlaðið með klofnum hringóma eru þessar breytur 4dBi - 81,2% og 4,4dBi - 83%, talið í sömu röð, í 6GHz bandinu. Með því að útfæra klofinn hringóma sem samsvarandi álag á einpóla loftnetið er hægt að styðja 2,9GHz ~ 6,41GHz og 2,6GHz ~ 6,6GHz böndin, sem samsvarar brotbandvídd upp á 75,4% og ~87%, talið í sömu röð. Þessar niðurstöður sýna að mælingabreiddin er um það bil 2,4 sinnum og 2,11 sinnum betri en hefðbundin einpóla loftnet með um það bil fastri stærð.

Mynd 7. Tvær breiðbandsloftnet hlaðnar með split-hringlaga ómholfum.

Eins og sést á mynd 8 eru sýndar tilraunaniðurstöður fyrir þjöppuð prentuð einpóla loftnet. Þegar S11 ≤ - 10 dB er rekstrarbandvíddin 185% (0,115-2,90 GHz) og við 1,45 GHz eru hámarksaukning og geislunarnýtni 2,35 dBi og 78,8%, talið í sömu röð. Uppsetning loftnetsins er svipuð þríhyrningslaga plötubyggingu sem er fóðruð með sveiglínulegum aflsdeili. Stytta GND-ið inniheldur miðlægan stubb sem er staðsettur undir fóðraranum og fjórir opnir ómhringir eru dreifðir í kringum það, sem víkkar bandvídd loftnetsins. Loftnetið geislar næstum alls staðar og nær yfir flest VHF og S böndin og öll UHF og L böndin. Efnisleg stærð loftnetsins er 48,32 × 43,72 × 0,8 mm3 og rafmagnsstærðin er 0,235λ0 × 0,211λ0 × 0,003λ0. Það hefur þá kosti að vera lítið umfang og lágt verð og hefur mögulega notkunarmöguleika í þráðlausum breiðbandssamskiptakerfum.

Mynd 8: Einpóla loftnet hlaðið með klofnum hringómholf.

Mynd 9 sýnir flatt loftnet sem samanstendur af tveimur pörum af samtengdum meandervírslykkjum sem eru jarðtengdar við stytt T-laga jarðplan í gegnum tvær göt. Stærð loftnetsins er 38,5 × 36,6 mm2 (0,070λ0 × 0,067λ0), þar sem λ0 er bylgjulengd í tómarúmi 0,55 GHz. Loftnetið geislar í allar áttir í E-planinu á tíðnisviðinu 0,55 ~ 3,85 GHz, með hámarkshagnaði upp á 5,5 dBi við 2,35 GHz og skilvirkni upp á 90,1%. Þessir eiginleikar gera fyrirhugaða loftnetið hentugt fyrir ýmis forrit, þar á meðal UHF RFID, GSM 900, GPS, KPCS, DCS, IMT-2000, WiMAX, WiFi og Bluetooth.

Mynd 9. Tillögur að uppbyggingu flatrar loftnets.

2. Lekandi bylgjuloftnet (LWA)
Nýja lekabylgjuloftnetið er eitt helsta notkunarsviðið fyrir að útbúa TL úr gerviefni. Fyrir lekabylgjuloftnet eru áhrif fasafasta β á geislunarhornið (θm) og hámarksgeislabreiddina (Δθ) sem hér segir:

L er lengd loftnetsins, k0 er bylgjutalan í tómarúmi og λ0 er bylgjulengdin í tómarúmi. Athugið að geislun á sér aðeins stað þegar |β|

3. Núllstigs ómsveifluloftnet
Sérstakur eiginleiki CRLH-efnisins er að β getur verið 0 þegar tíðnin er ekki jöfn núlli. Byggt á þessum eiginleika er hægt að mynda nýjan núllstigsóma (ZOR). Þegar β er núll, verður engin fasabreyting í öllum ómnum. Þetta er vegna þess að fasabreytingarstuðullinn φ = - βd = 0. Að auki er ómurinn aðeins háður hvarfgjarnri álagi og er óháður lengd mannvirkisins. Mynd 10 sýnir að fyrirhugaða loftnetið er smíðað með því að nota tvær og þrjár eininga með E-lögun, og heildarstærðin er 0,017λ0 × 0,006λ0 × 0,001λ0 og 0,028λ0 × 0,008λ0 × 0,001λ0, talið í sömu röð, þar sem λ0 táknar bylgjulengd tómarúms við rekstrartíðni 500 MHz og 650 MHz, talið í sömu röð. Loftnetið starfar á tíðnunum 0,5-1,35 GHz (0,85 GHz) og 0,65-1,85 GHz (1,2 GHz), með hlutfallslegri bandvídd upp á 91,9% og 96,0%. Auk eiginleika lítillar stærðar og mikillar bandvíddar er hagnaður og skilvirkni fyrsta og annars loftnetsins 5,3dBi og 85% (1GHz) og 5,7dBi og 90% (1,4GHz), talið í sömu röð.

Mynd 10 Tillögur að tvöföldum E- og þreföldum E-loftnetsbyggingum.

4. Rauf loftnet
Einföld aðferð hefur verið lögð til til að stækka ljósop CRLH-MTM loftnetsins, en stærð þess er nánast óbreytt. Eins og sést á mynd 11 inniheldur loftnetið CRLH einingar sem eru staflaðar lóðrétt hver ofan á aðra, sem innihalda plástra og meanderlínur, og það er S-laga rauf á plástrinu. Loftnetið er fóðrað af CPW samsvarandi stubbi og stærð þess er 17,5 mm × 32,15 mm × 1,6 mm, sem samsvarar 0,204λ0 × 0,375λ0 × 0,018λ0, þar sem λ0 (3,5 GHz) táknar bylgjulengd tómarúms. Niðurstöðurnar sýna að loftnetið starfar á tíðnisviðinu 0,85-7,90 GHz og rekstrarbandvídd þess er 161,14%. Mesta geislunaraukning og skilvirkni loftnetsins kemur fram við 3,5 GHz, sem eru 5,12 dBi og ~80%, talið í sömu röð.