خبریں - میٹا میٹریلز پر مبنی ٹرانسمیشن لائن انٹینا کا جائزہ (حصہ 2)

2. اینٹینا سسٹمز میں MTM-TL کا اطلاق
یہ سیکشن مصنوعی میٹا میٹریل TLs اور ان کی کچھ سب سے عام اور متعلقہ ایپلی کیشنز پر توجہ مرکوز کرے گا جو کم لاگت، آسان مینوفیکچرنگ، مائنیچرائزیشن، وسیع بینڈوڈتھ، زیادہ فائدہ اور کارکردگی، وسیع رینج اسکیننگ کی صلاحیت اور کم پروفائل کے ساتھ مختلف اینٹینا ڈھانچے کو حاصل کرنے کے لیے ہیں۔ ذیل میں ان پر تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔

1. براڈ بینڈ اور کثیر تعدد اینٹینا
l کی لمبائی کے ساتھ ایک عام TL میں، جب کونیی فریکوئنسی ω0 دی جاتی ہے، تو ٹرانسمیشن لائن کی برقی لمبائی (یا فیز) کا حساب اس طرح لگایا جا سکتا ہے:

جہاں vp ٹرانسمیشن لائن کے مرحلے کی رفتار کی نمائندگی کرتا ہے۔ جیسا کہ اوپر سے دیکھا جا سکتا ہے، بینڈوڈتھ گروپ کی تاخیر کے قریب سے مطابقت رکھتی ہے، جو تعدد کے حوالے سے φ کا مشتق ہے۔ لہذا، جیسے جیسے ٹرانسمیشن لائن کی لمبائی کم ہوتی جاتی ہے، بینڈوتھ بھی وسیع ہوتی جاتی ہے۔ دوسرے الفاظ میں، بینڈوڈتھ اور ٹرانسمیشن لائن کے بنیادی مرحلے کے درمیان ایک الٹا تعلق ہے، جو کہ ڈیزائن کے لیے مخصوص ہے۔ یہ ظاہر کرتا ہے کہ روایتی تقسیم شدہ سرکٹس میں، آپریٹنگ بینڈوتھ کو کنٹرول کرنا آسان نہیں ہے۔ اسے آزادی کی ڈگریوں کے لحاظ سے روایتی ٹرانسمیشن لائنوں کی حدود سے منسوب کیا جا سکتا ہے۔ تاہم، لوڈنگ عناصر میٹی میٹریل TLs میں اضافی پیرامیٹرز کو استعمال کرنے کی اجازت دیتے ہیں، اور مرحلے کے ردعمل کو ایک خاص حد تک کنٹرول کیا جا سکتا ہے۔ بینڈوڈتھ کو بڑھانے کے لیے ضروری ہے کہ بازی کی خصوصیات کی آپریٹنگ فریکوئنسی کے قریب ایک جیسی ڈھلوان ہو۔ مصنوعی میٹا میٹریل TL اس مقصد کو حاصل کرسکتا ہے۔ اس نقطہ نظر کی بنیاد پر، کاغذ میں اینٹینا کی بینڈوتھ کو بڑھانے کے بہت سے طریقے تجویز کیے گئے ہیں۔ اسکالرز نے دو براڈ بینڈ اینٹینا ڈیزائن اور گھڑے ہیں جو اسپلٹ رِنگ ریزونیٹرز سے لدے ہوئے ہیں (شکل 7 دیکھیں)۔ شکل 7 میں دکھائے گئے نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ روایتی مونوپول اینٹینا کے ساتھ اسپلٹ رِنگ ریزونیٹر کو لوڈ کرنے کے بعد، ایک کم گونجنے والا فریکوئنسی موڈ پرجوش ہے۔ اسپلٹ رِنگ ریزونیٹر کا سائز مونوپول اینٹینا کے قریب گونج حاصل کرنے کے لیے بہتر بنایا گیا ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ جب دونوں گونجیں ایک دوسرے کے ساتھ ملتی ہیں، تو اینٹینا کی بینڈوتھ اور تابکاری کی خصوصیات میں اضافہ ہوتا ہے۔ مونوپول انٹینا کی لمبائی اور چوڑائی بالترتیب 0.25λ0×0.11λ0 اور 0.25λ0×0.21λ0 (4GHz) ہیں، اور ایک سپلٹ رِنگ ریزونیٹر کے ساتھ لدے مونوپول اینٹینا کی لمبائی اور چوڑائی 0.29λ0×0.29GHz (29GHz) ہے۔ )، بالترتیب۔ روایتی F کے سائز کے اینٹینا اور T کے سائز کے اینٹینا کے لیے بغیر کسی اسپلٹ رِنگ ریزونیٹر کے، 5GHz بینڈ میں ماپا جانے والا سب سے زیادہ فائدہ اور تابکاری کی کارکردگی بالترتیب 3.6dBi - 78.5% اور 3.9dBi - 80.2% ہے۔ سپلٹ رِنگ ریزونیٹر سے لدے اینٹینا کے لیے، 6GHz بینڈ میں یہ پیرامیٹرز بالترتیب 4dBi - 81.2% اور 4.4dBi - 83% ہیں۔ monopole اینٹینا پر ایک مماثل بوجھ کے طور پر ایک سپلٹ رِنگ ریزونیٹر کو لاگو کرنے سے، 2.9GHz ~ 6.41GHz اور 2.6GHz ~ 6.6GHz بینڈ کو سپورٹ کیا جا سکتا ہے، بالترتیب 75.4% اور ~87% کی فریکشنل بینڈوتھ کے مطابق۔ یہ نتائج ظاہر کرتے ہیں کہ پیمائش کی بینڈوڈتھ تقریباً مقررہ سائز کے روایتی مونوپول انٹینا کے مقابلے میں تقریباً 2.4 گنا اور 2.11 گنا بہتر ہوئی ہے۔

شکل 7۔ دو براڈ بینڈ اینٹینا جو اسپلٹ رنگ ریزونیٹرز سے لدے ہوئے ہیں۔

جیسا کہ شکل 8 میں دکھایا گیا ہے، کمپیکٹ پرنٹ شدہ مونوپول اینٹینا کے تجرباتی نتائج دکھائے گئے ہیں۔ جب S11≤- 10 dB، آپریٹنگ بینڈوتھ 185% (0.115-2.90 GHz) ہے، اور 1.45 GHz پر، بالترتیب 2.35 dBi اور 78.8%، چوٹی کا فائدہ اور تابکاری کی کارکردگی ہے۔ اینٹینا کی ترتیب پیچھے سے پیچھے تکونی شیٹ کے ڈھانچے کی طرح ہے، جسے منحنی پاور ڈیوائیڈر سے کھلایا جاتا ہے۔ کٹا ہوا GND فیڈر کے نیچے ایک مرکزی سٹب پر مشتمل ہوتا ہے، اور اس کے ارد گرد چار کھلے گونجنے والے حلقے تقسیم کیے جاتے ہیں، جو اینٹینا کی بینڈوتھ کو چوڑا کرتے ہیں۔ اینٹینا تقریباً ہمہ جہتی طور پر پھیلتا ہے، جس میں زیادہ تر VHF اور S بینڈز، اور تمام UHF اور L بینڈ شامل ہیں۔ اینٹینا کا جسمانی سائز 48.32×43.72×0.8 mm3 ہے، اور برقی سائز 0.235λ0×0.211λ0×0.003λ0 ہے۔ اس کے چھوٹے سائز اور کم قیمت کے فوائد ہیں، اور براڈ بینڈ وائرلیس کمیونیکیشن سسٹمز میں اس کے استعمال کے امکانات ہیں۔

شکل 8: مونوپول اینٹینا اسپلٹ رِنگ ریزونیٹر سے لدا ہوا ہے۔

شکل 9 میں ایک پلانر اینٹینا ڈھانچہ دکھایا گیا ہے جس میں دو جوڑے آپس میں جڑے ہوئے مینڈر وائر لوپس پر مشتمل ہوتے ہیں جو دو ویاس کے ذریعے کٹے ہوئے ٹی کے سائز کے زمینی طیارے پر گراؤنڈ ہوتے ہیں۔ اینٹینا کا سائز 38.5×36.6 mm2 (0.070λ0×0.067λ0) ہے، جہاں λ0 0.55 GHz کی خالی جگہ کی طول موج ہے۔ اینٹینا 0.55 ~ 3.85 GHz کے آپریٹنگ فریکوئنسی بینڈ میں E-plan میں ہمہ جہتی طور پر پھیلتا ہے، 2.35GHz پر زیادہ سے زیادہ 5.5dBi اور 90.1 فیصد کی کارکردگی کے ساتھ۔ یہ خصوصیات مجوزہ اینٹینا کو مختلف ایپلی کیشنز کے لیے موزوں بناتی ہیں، بشمول UHF RFID، GSM 900، GPS، KPCS، DCS، IMT-2000، WiMAX، WiFi اور بلوٹوتھ۔

تصویر 9 مجوزہ پلانر اینٹینا ڈھانچہ۔

2. لیکی ویو اینٹینا (LWA)
نیا لیک ویو اینٹینا مصنوعی میٹا میٹریل TL کو سمجھنے کے لیے ایک اہم ایپلی کیشن ہے۔ لیک ویو انٹینا کے لیے، تابکاری زاویہ (θm) اور بیم کی زیادہ سے زیادہ چوڑائی (Δθ) پر فیز مستقل β کا اثر درج ذیل ہے:

L اینٹینا کی لمبائی ہے، k0 خالی جگہ میں لہر کا نمبر ہے، اور λ0 خالی جگہ میں طول موج ہے۔ نوٹ کریں کہ تابکاری صرف اس وقت ہوتی ہے جب |β|

3. زیرو آرڈر ریزونیٹر اینٹینا
CRLH میٹومیٹریل کی ایک منفرد خاصیت یہ ہے کہ جب تعدد صفر کے برابر نہ ہو تو β 0 ہو سکتا ہے۔ اس پراپرٹی کی بنیاد پر، ایک نیا زیرو آرڈر ریزونیٹر (ZOR) تیار کیا جا سکتا ہے۔ جب β صفر ہوتا ہے تو پورے گونجنے والے میں کوئی فیز شفٹ نہیں ہوتا ہے۔ اس کی وجہ یہ ہے کہ فیز شفٹ مستقل φ = - βd = 0۔ اس کے علاوہ، گونج صرف رد عمل والے بوجھ پر منحصر ہے اور ساخت کی لمبائی سے آزاد ہے۔ شکل 10 سے پتہ چلتا ہے کہ مجوزہ اینٹینا E-شکل کے ساتھ دو اور تین اکائیوں کو لگا کر من گھڑت ہے، اور کل سائز 0.017λ0 × 0.006λ0 × 0.001λ0 اور 0.028λ0 × 0.008λ0 × 0.001λ0 ہے جہاں بالترتیب λng، λth کی نمائندگی کرتا ہے۔ آپریٹنگ میں خالی جگہ کی بالترتیب 500 MHz اور 650 MHz کی فریکوئنسی۔ اینٹینا 0.5-1.35 GHz (0.85 GHz) اور 0.65-1.85 GHz (1.2 GHz) کی تعدد پر کام کرتا ہے، 91.9% اور 96.0% کی رشتہ دار بینڈوتھ کے ساتھ۔ چھوٹے سائز اور وسیع بینڈوتھ کی خصوصیات کے علاوہ، پہلے اور دوسرے اینٹینا کا فائدہ اور کارکردگی بالترتیب 5.3dBi اور 85% (1GHz) اور 5.7dBi اور 90% (1.4GHz) ہے۔

تصویر 10 مجوزہ ڈبل-ای اور ٹرپل-ای اینٹینا ڈھانچے۔

4. سلاٹ اینٹینا
CRLH-MTM اینٹینا کے اپرچر کو بڑا کرنے کے لیے ایک آسان طریقہ تجویز کیا گیا ہے، لیکن اس کے اینٹینا کا سائز تقریباً کوئی تبدیلی نہیں ہے۔ جیسا کہ شکل 11 میں دکھایا گیا ہے، انٹینا میں CRLH یونٹس شامل ہیں جو ایک دوسرے پر عمودی طور پر اسٹیک ہوتے ہیں، جس میں پیچ اور مینڈر لائنیں ہوتی ہیں، اور پیچ پر S-شکل کا سلاٹ ہوتا ہے۔ اینٹینا کو CPW مماثل سٹب سے کھلایا جاتا ہے، اور اس کا سائز 17.5 ملی میٹر × 32.15 ملی میٹر × 1.6 ملی میٹر ہے، جو 0.204λ0×0.375λ0×0.018λ0 کے مساوی ہے، جہاں λ0 (3.5GHz) خالی جگہ کی طول موج کی نمائندگی کرتا ہے۔ نتائج سے پتہ چلتا ہے کہ اینٹینا 0.85-7.90GHz کے فریکوئنسی بینڈ میں کام کرتا ہے، اور اس کی آپریٹنگ بینڈوتھ 161.14% ہے۔ اینٹینا کا سب سے زیادہ تابکاری حاصل اور کارکردگی 3.5GHz پر ظاہر ہوتی ہے، جو بالترتیب 5.12dBi اور ~80% ہیں۔