خبرون - ميٽاميٽريل ٽرانسميشن لائن اينٽينن جو جائزو

I. تعارف
ميٽا مواد کي بهترين طور تي مصنوعي طور تي ٺهيل بناوتن جي طور تي بيان ڪري سگهجي ٿو جيڪي ڪجهه برقي مقناطيسي خاصيتون پيدا ڪن ٿيون جيڪي قدرتي طور تي موجود نه آهن. منفي اجازت ۽ منفي پارگميتا سان ميٽا مواد کي کاٻي هٿ وارا ميٽا مواد (LHMs) سڏيو ويندو آهي. LHMs جو سائنسي ۽ انجنيئرنگ برادرين ۾ وڏي پيماني تي مطالعو ڪيو ويو آهي. 2003 ۾، سائنس ميگزين پاران LHMs کي معاصر دور جي مٿين ڏهه سائنسي ڪاميابين مان هڪ قرار ڏنو ويو. LHMs جي منفرد خاصيتن کي استعمال ڪندي نوان ايپليڪيشن، تصور ۽ ڊوائيسز تيار ڪيا ويا آهن. ٽرانسميشن لائن (TL) جو طريقو هڪ مؤثر ڊيزائن طريقو آهي جيڪو LHMs جي اصولن جو تجزيو پڻ ڪري سگهي ٿو. روايتي TLs جي مقابلي ۾، ميٽا مواد TLs جي سڀ کان اهم خصوصيت TL پيرا ميٽرز (پروپيگيشن ڪانسٽنٽ) ۽ خاصيت واري رڪاوٽ جي ڪنٽروليبلٽي آهي. ميٽا مواد TL پيرا ميٽرز جي ڪنٽروليبلٽي وڌيڪ ڪمپيڪٽ سائيز، اعليٰ ڪارڪردگي، ۽ ناول افعال سان اينٽينا جي جوڙجڪ کي ڊزائين ڪرڻ لاءِ نوان خيال فراهم ڪري ٿي. شڪل 1 (a)، (b)، ۽ (c) خالص ساڄي هٿ واري ٽرانسميشن لائن (PRH)، خالص کاٻي هٿ واري ٽرانسميشن لائن (PLH)، ۽ جامع کاٻي ساڄي هٿ واري ٽرانسميشن لائن (CRLH) جي نقصان کان سواءِ سرڪٽ ماڊل ڏيکارين ٿا. جيئن شڪل 1 (a) ۾ ڏيکاريل آهي، PRH TL برابر سرڪٽ ماڊل عام طور تي سيريز انڊڪٽنس ۽ شنٽ ڪيپيسٽنس جو ميلاپ هوندو آهي. جيئن شڪل 1 (b) ۾ ڏيکاريل آهي، PLH TL سرڪٽ ماڊل شنٽ انڊڪٽنس ۽ سيريز ڪيپيسٽنس جو ميلاپ هوندو آهي. عملي ايپليڪيشنن ۾، PLH سرڪٽ کي لاڳو ڪرڻ ممڪن ناهي. اهو ناگزير پيراسائيٽڪ سيريز انڊڪٽنس ۽ شنٽ ڪيپيسٽنس اثرات جي ڪري آهي. تنهن ڪري، کاٻي هٿ واري ٽرانسميشن لائن جون خاصيتون جيڪي هن وقت محسوس ڪري سگهجن ٿيون اهي سڀئي جامع کاٻي هٿ ۽ ساڄي هٿ واري جوڙجڪ آهن، جيئن شڪل 1 (c) ۾ ڏيکاريل آهي.

شڪل 1 مختلف ٽرانسميشن لائين سرڪٽ ماڊل

ٽرانسميشن لائن (TL) جي پروپيگيشن ڪانسٽنٽ (γ) جو حساب هن ريت ڪيو ويو آهي: γ=α+jβ=Sqrt(ZY)، جتي Y ۽ Z ترتيب وار داخلا ۽ رڪاوٽ جي نمائندگي ڪن ٿا. CRLH-TL تي غور ڪندي، Z ۽ Y کي هن طرح ظاهر ڪري سگهجي ٿو:

هڪ يونيفارم CRLH TL ۾ هيٺ ڏنل منتشر تعلق هوندو:

سي ڊي 5 ايف 26 اي 02986 اي 1 اي 822 اي ايف 8 ايف 9 اي ايف 064 بي 3

مرحلو مستقل β هڪ خالص حقيقي نمبر يا هڪ خالص خيالي نمبر ٿي سگهي ٿو. جيڪڏهن β هڪ فريڪوئنسي رينج اندر مڪمل طور تي حقيقي آهي، ته γ=jβ شرط جي ڪري فريڪوئنسي رينج اندر هڪ پاس بينڊ آهي. ٻئي طرف، جيڪڏهن β هڪ فريڪوئنسي رينج اندر هڪ خالص خيالي نمبر آهي، ته γ=α شرط جي ڪري فريڪوئنسي رينج اندر هڪ اسٽاپ بينڊ آهي. هي اسٽاپ بينڊ CRLH-TL لاءِ منفرد آهي ۽ PRH-TL يا PLH-TL ۾ موجود ناهي. شڪل 2 (a)، (b)، ۽ (c) ترتيب وار PRH-TL، PLH-TL، ۽ CRLH-TL جي منتشر وکر (يعني ω - β تعلق) ڏيکارين ٿا. منتشر وکر جي بنياد تي، ٽرانسميشن لائن جي گروپ ويلوسيٽي (vg=∂ω/∂β) ۽ فيز ويلوسيٽي (vp=ω/β) حاصل ڪري سگهجي ٿي ۽ اندازو لڳائي سگهجي ٿو. PRH-TL لاءِ، وکر مان اهو پڻ اندازو لڳائي سگهجي ٿو ته vg ۽ vp متوازي آهن (يعني، vpvg>0). PLH-TL لاءِ، وکر ڏيکاري ٿو ته vg ۽ vp متوازي نه آهن (يعني، vpvg<0). CRLH-TL جو منتشر وکر LH علائقي (يعني، vpvg <0) ۽ RH علائقي (يعني، vpvg>0) جي وجود کي پڻ ڏيکاري ٿو. جيئن شڪل 2(c) مان ڏسي سگهجي ٿو، CRLH-TL لاءِ، جيڪڏهن γ هڪ خالص حقيقي نمبر آهي، ته هڪ اسٽاپ بينڊ آهي.

شڪل 2 مختلف ٽرانسميشن لائينن جا منتشر وکر

عام طور تي، هڪ CRLH-TL جي سيريز ۽ متوازي گونج مختلف هونديون آهن، جنهن کي هڪ غير متوازن حالت سڏيو ويندو آهي. جڏهن ته، جڏهن سيريز ۽ متوازي گونج فريڪوئنسي ساڳيا هوندا آهن، ان کي هڪ متوازن حالت سڏيو ويندو آهي، ۽ نتيجي ۾ آسان ڪيل برابر سرڪٽ ماڊل شڪل 3(a) ۾ ڏيکاريو ويو آهي.

شڪل 3 جامع کاٻي هٿ واري ٽرانسميشن لائن جو سرڪٽ ماڊل ۽ منتشر وکر

جيئن جيئن فريڪوئنسي وڌندي آهي، CRLH-TL جون ڊسپريشن خاصيتون بتدريج وڌنديون آهن. اهو ئي سبب آهي جو مرحلي جي رفتار (يعني، vp=ω/β) وڌيڪ فريڪوئنسي تي منحصر ٿيندي ويندي آهي. گهٽ فريڪوئنسي تي، CRLH-TL تي LH جو غلبو هوندو آهي، جڏهن ته اعليٰ فريڪوئنسي تي، CRLH-TL تي RH جو غلبو هوندو آهي. هي CRLH-TL جي ٻٽي نوعيت کي ظاهر ڪري ٿو. توازن CRLH-TL ڊسپريشن ڊاگرام شڪل 3(b) ۾ ڏيکاريل آهي. جيئن شڪل 3(b) ۾ ڏيکاريل آهي، LH کان RH ڏانهن منتقلي هتي ٿيندي آهي:

جتي ω0 منتقلي جي فريڪوئنسي آهي. تنهن ڪري، متوازن صورت ۾، LH کان RH تائين هڪ هموار منتقلي ٿيندي آهي ڇاڪاڻ ته γ هڪ خالص خيالي نمبر آهي. تنهن ڪري، متوازن CRLH-TL ڊسڪشن لاءِ ڪو به اسٽاپ بينڊ ناهي. جيتوڻيڪ β ω0 تي صفر آهي (هدايت واري طول موج جي لحاظ کان لامحدود، يعني، λg=2π/|β|)، موج اڃا تائين پکڙجي ٿي ڇاڪاڻ ته ω0 تي vg صفر ناهي. ساڳئي طرح، ω0 تي، مرحلي جي شفٽ ڊيگهه d جي TL لاءِ صفر آهي (يعني، φ= - βd=0). مرحلي جي اڳڀرائي (يعني، φ>0) LH فريڪوئنسي رينج (يعني، ω<ω0) ۾ ٿيندي آهي، ۽ مرحلي جي پسماندگي (يعني، φ<0) RH فريڪوئنسي رينج (يعني، ω>ω0) ۾ ٿيندي آهي. CRLH TL لاءِ، خاصيت جي رڪاوٽ کي هن ريت بيان ڪيو ويو آهي:

جتي ZL ۽ ZR ترتيب وار PLH ۽ PRH رڪاوٽون آهن. غير متوازن ڪيس لاءِ، خاصيت واري رڪاوٽ فريڪوئنسي تي منحصر آهي. مٿي ڏنل مساوات ڏيکاري ٿي ته متوازن ڪيس فريڪوئنسي کان آزاد آهي، تنهن ڪري ان ۾ هڪ وسيع بينڊوڊٿ ميچ ٿي سگهي ٿو. مٿي نڪتل TL مساوات انهن آئيني پيرا ميٽرز سان ملندڙ جلندڙ آهي جيڪي CRLH مواد کي بيان ڪن ٿا. TL جو پروپيگيشن ڪانسٽنٽ γ=jβ=Sqrt(ZY) آهي. مواد جي پروپيگيشن ڪانسٽنٽ کي ڏنو ويو (β=ω x Sqrt(εμ))، هيٺ ڏنل مساوات حاصل ڪري سگهجي ٿي:

ساڳئي طرح، TL جي خاصيت واري رڪاوٽ، يعني Z0=Sqrt(ZY)، مواد جي خاصيت واري رڪاوٽ سان ملندڙ جلندڙ آهي، يعني، η=Sqrt(μ/ε)، جنهن کي هن طرح ظاهر ڪيو ويو آهي:

متوازن ۽ غير متوازن CRLH-TL (يعني، n = cβ/ω) جو ريفريڪٽو انڊيڪس شڪل 4 ۾ ڏيکاريو ويو آهي. شڪل 4 ۾، CRLH-TL جو ريفريڪٽو انڊيڪس ان جي LH رينج ۾ منفي آهي ۽ ان جي RH رينج ۾ ريفريڪٽو انڊيڪس مثبت آهي.

شڪل 4 متوازن ۽ غير متوازن CRLH TLs جا عام اضطراري اشارا.

1. ايل سي نيٽ ورڪ
شڪل 5(a) ۾ ڏيکاريل بينڊ پاس LC سيلز کي ڪيسڪيڊنگ ڪندي، هڪ عام CRLH-TL ڊيگهه d جي اثرائتي هڪجهڙائي سان وقتي يا غير وقتي طور تي ٺاهي سگهجي ٿو. عام طور تي، CRLH-TL جي حساب ۽ پيداوار جي سهولت کي يقيني بڻائڻ لاءِ، سرڪٽ کي وقتي هجڻ جي ضرورت آهي. شڪل 1(c) جي ماڊل جي مقابلي ۾، شڪل 5(a) جي سرڪٽ سيل جو ڪو به سائز ناهي ۽ جسماني ڊيگهه لامحدود طور تي ننڍو آهي (يعني، ميٽرن ۾ Δz). ان جي برقي ڊيگهه θ=Δφ (rad) تي غور ڪندي، LC سيل جو مرحلو ظاهر ڪري سگهجي ٿو. جڏهن ته، لاڳو ٿيل انڊڪٽنس ۽ ڪيپيسٽينس کي اصل ۾ محسوس ڪرڻ لاءِ، هڪ جسماني ڊيگهه p قائم ڪرڻ جي ضرورت آهي. ايپليڪيشن ٽيڪنالاجي جو انتخاب (جهڙوڪ مائڪرو اسٽرپ، ڪوپلانر ويگ گائيڊ، مٿاڇري ماؤنٽ اجزاء، وغيره) LC سيل جي جسماني سائيز کي متاثر ڪندو. شڪل 5(a) جو LC سيل شڪل 1(c) جي وڌندڙ ماڊل سان ملندڙ جلندڙ آهي، ۽ ان جي حد p=Δz→0. شڪل 5(b) ۾ يڪسانيت واري حالت p→0 جي مطابق، هڪ TL ٺاهي سگهجي ٿو (LC سيلز کي ڪيسڪيڊنگ ڪندي) جيڪو هڪ مثالي يڪسانيت CRLH-TL جي برابر هجي جنهن جي ڊيگهه d هجي، ته جيئن TL برقي مقناطيسي لهرن لاءِ يڪسان نظر اچي.

شڪل 5 LC نيٽ ورڪ تي ٻڌل CRLH TL.

ايل سي سيل لاءِ، بلاچ-فلوڪيٽ ٿيوريم سان ملندڙ جلندڙ دوراني حد جي حالتن (PBCs) تي غور ڪندي، ايل سي سيل جي منتشر رشتي کي ثابت ڪيو ويو آهي ۽ هن ريت ظاهر ڪيو ويو آهي:

ايل سي سيل جي سيريز امپيڊنس (Z) ۽ شنٽ ايڊميٽنس (Y) هيٺ ڏنل مساواتن ذريعي طئي ڪيا ويندا آهن:

جيئن ته يونٽ ايل سي سرڪٽ جي برقي ڊيگهه تمام ننڍي آهي، ٽيلر جي لڳ ڀڳ حاصل ڪرڻ لاءِ استعمال ڪري سگهجي ٿو:

2. جسماني عمل درآمد
پوئين حصي ۾، CRLH-TL پيدا ڪرڻ لاءِ LC نيٽ ورڪ تي بحث ڪيو ويو آهي. اهڙا LC نيٽ ورڪ صرف جسماني حصن کي اپنائڻ سان حاصل ڪري سگهجن ٿا جيڪي گهربل ڪيپيسٽينس (CR ۽ CL) ۽ انڊڪٽنس (LR ۽ LL) پيدا ڪري سگهن ٿا. تازن سالن ۾، مٿاڇري جي ماؤنٽ ٽيڪنالاجي (SMT) چپ حصن يا ورهايل حصن جي استعمال وڏي دلچسپي پيدا ڪئي آهي. مائڪرو اسٽريپ، اسٽرپ لائن، ڪوپلانر ويو گائيڊ يا ٻيون ساڳيون ٽيڪنالاجيون ورهايل حصن کي حاصل ڪرڻ لاءِ استعمال ڪري سگهجن ٿيون. SMT چپس يا ورهايل حصن کي چونڊڻ وقت غور ڪرڻ لاءِ ڪيترائي عنصر آهن. SMT تي ٻڌل CRLH جوڙجڪ تجزيو ۽ ڊيزائن جي لحاظ کان وڌيڪ عام ۽ لاڳو ڪرڻ آسان آهن. اهو آف دي شيلف SMT چپ حصن جي دستيابي جي ڪري آهي، جن کي ورهايل حصن جي مقابلي ۾ ريموڊلنگ ۽ پيداوار جي ضرورت ناهي. بهرحال، SMT حصن جي دستيابي ٽڙيل پکڙيل آهي، ۽ اهي عام طور تي صرف گهٽ فريڪوئنسي (يعني، 3-6GHz) تي ڪم ڪن ٿا. تنهن ڪري، SMT تي ٻڌل CRLH جوڙجڪ ۾ محدود آپريٽنگ فريڪوئنسي رينج ۽ مخصوص مرحلي جون خاصيتون آهن. مثال طور، ريڊيئيٽنگ ايپليڪيشنن ۾، SMT چپ اجزاء ممڪن نه هوندا. شڪل 6 CRLH-TL تي ٻڌل هڪ ورهايل ڍانچي ڏيکاري ٿي. اها ڍانچي انٽر ڊجيٽل ڪيپيسيٽينس ۽ شارٽ سرڪٽ لائينن ذريعي حاصل ڪئي وئي آهي، جيڪا ترتيب وار LH جي سيريز ڪيپيسيٽينس CL ۽ متوازي انڊڪٽنس LL ٺاهيندي آهي. لائن ۽ GND جي وچ ۾ ڪيپيسيٽينس کي RH ڪيپيسيٽينس CR سمجهيو ويندو آهي، ۽ انٽر ڊجيٽل ڍانچي ۾ ڪرنٽ وهڪري ذريعي ٺهيل مقناطيسي وهڪري ذريعي پيدا ٿيندڙ انڊڪٽنس کي RH انڊڪٽنس LR سمجهيو ويندو آهي.