সংবাদ - মেটামেটেরিয়াল ট্রান্সমিশন লাইন অ্যান্টেনাগুলির একটি পর্যালোচনা

I. ভূমিকা
মেটাম্যাটেরিয়ালগুলিকে কৃত্রিমভাবে পরিকল্পিত কাঠামো হিসাবে বর্ণনা করা যেতে পারে নির্দিষ্ট কিছু ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক বৈশিষ্ট্য যা প্রাকৃতিকভাবে বিদ্যমান নেই। নেতিবাচক পারমিটিভিটি এবং নেতিবাচক ব্যাপ্তিযোগ্যতা সহ মেটাম্যাটেরিয়ালগুলিকে বাম হাতের মেটামেটেরিয়াল (LHMs) বলা হয়। এলএইচএমগুলি বৈজ্ঞানিক এবং প্রকৌশল সম্প্রদায়গুলিতে ব্যাপকভাবে অধ্যয়ন করা হয়েছে। 2003 সালে, বিজ্ঞান ম্যাগাজিন দ্বারা সমসাময়িক যুগের সেরা দশ বৈজ্ঞানিক অগ্রগতির মধ্যে একটি এলএইচএম নামকরণ করা হয়েছিল। এলএইচএম-এর অনন্য বৈশিষ্ট্যগুলিকে কাজে লাগিয়ে নতুন অ্যাপ্লিকেশন, ধারণা এবং ডিভাইসগুলি তৈরি করা হয়েছে। ট্রান্সমিশন লাইন (TL) পদ্ধতি হল একটি কার্যকর নকশা পদ্ধতি যা LHM-এর নীতিগুলিও বিশ্লেষণ করতে পারে। প্রথাগত TL-এর সাথে তুলনা করে, মেটামেটেরিয়াল TL-এর সবচেয়ে উল্লেখযোগ্য বৈশিষ্ট্য হল TL প্যারামিটারের নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা (প্রচার ধ্রুবক) এবং বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতা। মেটামেটেরিয়াল TL প্যারামিটারগুলির নিয়ন্ত্রণযোগ্যতা আরও কমপ্যাক্ট আকার, উচ্চতর কর্মক্ষমতা এবং অভিনব ফাংশন সহ অ্যান্টেনা কাঠামো ডিজাইন করার জন্য নতুন ধারণা প্রদান করে। চিত্র 1 (a), (b), এবং (c) বিশুদ্ধ ডান-হাতি ট্রান্সমিশন লাইন (PRH), বিশুদ্ধ বাম-হাতি ট্রান্সমিশন লাইন (PLH), এবং যৌগিক বাম-ডান-হাতি ট্রান্সমিশন লাইনের ক্ষতিহীন সার্কিট মডেলগুলি দেখায় ( সিআরএলএইচ), যথাক্রমে। চিত্র 1(a) এ দেখানো হয়েছে, PRH TL সমতুল্য সার্কিট মডেল সাধারণত সিরিজ ইনডাক্ট্যান্স এবং শান্ট ক্যাপ্যাসিট্যান্সের সংমিশ্রণ। চিত্র 1(b) এ দেখানো হয়েছে, PLH TL সার্কিট মডেল হল শান্ট ইন্ডাকট্যান্স এবং সিরিজ ক্যাপাসিট্যান্সের সংমিশ্রণ। ব্যবহারিক প্রয়োগে, PLH সার্কিট বাস্তবায়ন করা সম্ভব নয়। এটি অনিবার্য পরজীবী সিরিজের ইন্ডাকট্যান্স এবং শান্ট ক্যাপাসিট্যান্স প্রভাবের কারণে। অতএব, বাম-হাতের ট্রান্সমিশন লাইনের বৈশিষ্ট্যগুলি যা বর্তমানে উপলব্ধি করা যেতে পারে সমস্ত যৌগিক বাম-হাতি এবং ডান-হাতের কাঠামো, যেমন চিত্র 1(c) এ দেখানো হয়েছে।

চিত্র 1 বিভিন্ন ট্রান্সমিশন লাইন সার্কিট মডেল

ট্রান্সমিশন লাইনের (TL) বংশবিস্তার ধ্রুবক (γ) হিসাবে গণনা করা হয়: γ=α+jβ=Sqrt(ZY), যেখানে Y এবং Z যথাক্রমে প্রবেশ এবং প্রতিবন্ধকতা উপস্থাপন করে। CRLH-TL, Z এবং Y বিবেচনা করে এভাবে প্রকাশ করা যেতে পারে:

একটি অভিন্ন CRLH TL এর নিম্নলিখিত বিচ্ছুরণ সম্পর্ক থাকবে:

পর্যায় ধ্রুবক β একটি সম্পূর্ণ বাস্তব সংখ্যা বা একটি সম্পূর্ণ কাল্পনিক সংখ্যা হতে পারে। ফ্রিকোয়েন্সি সীমার মধ্যে β সম্পূর্ণ বাস্তব হলে, γ=jβ অবস্থার কারণে ফ্রিকোয়েন্সি সীমার মধ্যে একটি পাসব্যান্ড থাকে। অন্যদিকে, যদি β একটি ফ্রিকোয়েন্সি সীমার মধ্যে একটি সম্পূর্ণ কাল্পনিক সংখ্যা হয়, তবে γ=α অবস্থার কারণে ফ্রিকোয়েন্সি সীমার মধ্যে একটি স্টপব্যান্ড রয়েছে। এই স্টপব্যান্ডটি CRLH-TL-এর জন্য অনন্য এবং PRH-TL বা PLH-TL-এ বিদ্যমান নেই। চিত্র 2 (a), (b), এবং (c) যথাক্রমে PRH-TL, PLH-TL এবং CRLH-TL এর বিচ্ছুরণ বক্ররেখা (অর্থাৎ, ω - β সম্পর্ক) দেখায়। বিচ্ছুরণ বক্ররেখার উপর ভিত্তি করে, ট্রান্সমিশন লাইনের গ্রুপ বেগ (vg=∂ω/∂β) এবং ফেজ বেগ (vp=ω/β) প্রাপ্ত এবং অনুমান করা যেতে পারে। PRH-TL-এর জন্য, এটি বক্ররেখা থেকেও অনুমান করা যেতে পারে যে vg এবং vp সমান্তরাল (যেমন, vpvg>0)। PLH-TL-এর জন্য, বক্ররেখা দেখায় যে vg এবং vp সমান্তরাল নয় (যেমন, vpvg<0)। CRLH-TL এর বিচ্ছুরণ বক্ররেখা এছাড়াও LH অঞ্চলের অস্তিত্ব দেখায় (যেমন, vpvg < 0) এবং RH অঞ্চলের (যেমন, vpvg > 0)। চিত্র 2(c) থেকে দেখা যায়, CRLH-TL-এর জন্য, যদি γ একটি বিশুদ্ধ বাস্তব সংখ্যা হয়, সেখানে একটি স্টপ ব্যান্ড রয়েছে।

চিত্র 2 বিভিন্ন ট্রান্সমিশন লাইনের বিচ্ছুরণ বক্ররেখা

সাধারণত, একটি CRLH-TL এর সিরিজ এবং সমান্তরাল অনুরণন ভিন্ন হয়, যাকে ভারসাম্যহীন অবস্থা বলা হয়। যাইহোক, যখন সিরিজ এবং সমান্তরাল অনুরণন ফ্রিকোয়েন্সি একই হয়, তখন এটিকে একটি ভারসাম্যপূর্ণ অবস্থা বলা হয় এবং ফলস্বরূপ সরলীকৃত সমতুল্য সার্কিট মডেলটি চিত্র 3(a) এ দেখানো হয়েছে।

চিত্র 3 যৌগিক বাম-হাতের ট্রান্সমিশন লাইনের সার্কিট মডেল এবং বিচ্ছুরণ বক্ররেখা

ফ্রিকোয়েন্সি বৃদ্ধির সাথে সাথে সিআরএলএইচ-টিএল-এর বিচ্ছুরণ বৈশিষ্ট্যগুলি ধীরে ধীরে বৃদ্ধি পায়। কারণ ফেজ বেগ (যেমন, vp=ω/β) ক্রমবর্ধমানভাবে ফ্রিকোয়েন্সির উপর নির্ভরশীল হয়ে ওঠে। কম ফ্রিকোয়েন্সিতে, সিআরএলএইচ-টিএল এলএইচ দ্বারা প্রাধান্য পায়, যখন উচ্চ ফ্রিকোয়েন্সিতে, সিআরএলএইচ-টিএল আরএইচ দ্বারা প্রাধান্য পায়। এটি সিআরএলএইচ-টিএল-এর দ্বৈত প্রকৃতিকে চিত্রিত করে। ভারসাম্য CRLH-TL বিচ্ছুরণ চিত্রটি চিত্র 3(b) এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 3(b) তে দেখানো হয়েছে, LH থেকে RH-তে রূপান্তর ঘটে:

যেখানে ω0 হল ট্রানজিশন ফ্রিকোয়েন্সি। অতএব, ভারসাম্যপূর্ণ ক্ষেত্রে, LH থেকে RH-এ একটি মসৃণ রূপান্তর ঘটে কারণ γ একটি সম্পূর্ণ কাল্পনিক সংখ্যা। অতএব, সুষম CRLH-TL বিচ্ছুরণের জন্য কোন স্টপব্যান্ড নেই। যদিও β ω0 এ শূন্য (নির্দেশিত তরঙ্গদৈর্ঘ্যের সাথে অসীম আপেক্ষিক, অর্থাৎ λg=2π/|β|), তরঙ্গ এখনও প্রচার করে কারণ ω0 এ vg শূন্য নয়। একইভাবে, ω0 এ, ফেজ শিফ্ট দৈর্ঘ্যের একটি TL d এর জন্য শূন্য (যেমন, φ= - βd=0)। ফেজ অগ্রিম (অর্থাৎ, φ>0) ঘটে এলএইচ ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে (যেমন, ω<ω0), এবং ফেজ রিটার্ডেশন (অর্থাৎ, φ<0) ঘটে RH ফ্রিকোয়েন্সি পরিসরে (যেমন, ω>ω0)। একটি CRLH TL-এর জন্য, চরিত্রগত প্রতিবন্ধকতা নিম্নরূপ বর্ণনা করা হয়েছে:

যেখানে ZL এবং ZR হল যথাক্রমে PLH এবং PRH প্রতিবন্ধকতা। ভারসাম্যহীন ক্ষেত্রে, চরিত্রগত প্রতিবন্ধকতা ফ্রিকোয়েন্সির উপর নির্ভর করে। উপরের সমীকরণটি দেখায় যে ভারসাম্যপূর্ণ কেসটি ফ্রিকোয়েন্সি থেকে স্বাধীন, তাই এটির একটি বিস্তৃত ব্যান্ডউইথ মিল থাকতে পারে। উপরে প্রাপ্ত TL সমীকরণটি গঠনমূলক পরামিতির অনুরূপ যা CRLH উপাদানকে সংজ্ঞায়িত করে। TL এর প্রচার ধ্রুবক হল γ=jβ=Sqrt(ZY)। উপাদানটির প্রচার ধ্রুবক (β=ω x Sqrt(εμ)) দেওয়া, নিম্নলিখিত সমীকরণটি পাওয়া যেতে পারে:

একইভাবে, TL-এর বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতা, যেমন, Z0=Sqrt(ZY), উপাদানটির বৈশিষ্ট্যগত প্রতিবন্ধকতার অনুরূপ, যেমন, η=Sqrt(μ/ε), যাকে এভাবে প্রকাশ করা হয়:

ভারসাম্যপূর্ণ এবং ভারসাম্যহীন CRLH-TL এর প্রতিসরণ সূচক (অর্থাৎ, n = cβ/ω) চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে। চিত্র 4-এ, এর LH পরিসরে CRLH-TL-এর প্রতিসরণ সূচক ঋণাত্মক এবং এর RH-এ প্রতিসরাঙ্ক সূচক। পরিসীমা ইতিবাচক।

চিত্র 4 ভারসাম্যপূর্ণ এবং ভারসাম্যহীন CRLH TL-এর সাধারণ প্রতিসরণ সূচক।

1. এলসি নেটওয়ার্ক
চিত্র 5(a) তে দেখানো ব্যান্ডপাস এলসি কোষগুলিকে ক্যাসকেড করে, d দৈর্ঘ্যের কার্যকর অভিন্নতা সহ একটি সাধারণ CRLH-TL পর্যায়ক্রমে বা অ-পর্যায়ক্রমে তৈরি করা যেতে পারে। সাধারণভাবে, CRLH-TL-এর গণনা এবং উৎপাদনের সুবিধা নিশ্চিত করার জন্য, সার্কিটটি পর্যায়ক্রমিক হতে হবে। চিত্র 1(c) এর মডেলের সাথে তুলনা করে, চিত্র 5(a) এর সার্কিট সেলের কোন আকার নেই এবং ভৌত দৈর্ঘ্য অসীমভাবে ছোট (অর্থাৎ, Δz মিটারে)। এর বৈদ্যুতিক দৈর্ঘ্য θ=Δφ (rad) বিবেচনা করে, LC কোষের পর্যায় প্রকাশ করা যেতে পারে। যাইহোক, প্রকৃতপক্ষে প্রয়োগকৃত ইন্ডাকট্যান্স এবং ক্যাপাসিট্যান্স উপলব্ধি করার জন্য, একটি ভৌত দৈর্ঘ্য p স্থাপন করা প্রয়োজন। অ্যাপ্লিকেশন প্রযুক্তির পছন্দ (যেমন মাইক্রোস্ট্রিপ, কপ্ল্যানার ওয়েভগাইড, সারফেস মাউন্ট উপাদান ইত্যাদি) LC সেলের শারীরিক আকারকে প্রভাবিত করবে। চিত্র 5(a) এর LC ঘরটি চিত্র 1(c) এর ক্রমবর্ধমান মডেলের অনুরূপ, এবং এর সীমা p=Δz→0। চিত্র 5(b) এ অভিন্নতার অবস্থা p→0 অনুসারে, একটি TL তৈরি করা যেতে পারে (এলসি কোষ ক্যাসকেড করে) যা দৈর্ঘ্য d সহ একটি আদর্শ ইউনিফর্ম CRLH-TL এর সমতুল্য, যাতে TL ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গের সাথে অভিন্ন দেখায়।

চিত্র 5 LC নেটওয়ার্কের উপর ভিত্তি করে CRLH TL।

LC কোষের জন্য, Bloch-Floquet উপপাদ্যের অনুরূপ পর্যায়ক্রমিক সীমানা অবস্থা (PBCs) বিবেচনা করে, LC কোষের বিচ্ছুরণ সম্পর্ক প্রমাণিত হয় এবং নিম্নরূপ প্রকাশ করা হয়:

এলসি সেলের সিরিজ ইম্পিডেন্স (Z) এবং শান্ট অ্যাডমিটেন্স (Y) নিম্নলিখিত সমীকরণ দ্বারা নির্ধারিত হয়:

যেহেতু ইউনিট এলসি সার্কিটের বৈদ্যুতিক দৈর্ঘ্য খুব ছোট, তাই টেলর আনুমানিকতা প্রাপ্ত করার জন্য ব্যবহার করা যেতে পারে:

2. শারীরিক বাস্তবায়ন
পূর্ববর্তী বিভাগে, CRLH-TL তৈরির জন্য LC নেটওয়ার্ক নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে। এই ধরনের এলসি নেটওয়ার্কগুলি শুধুমাত্র শারীরিক উপাদানগুলি গ্রহণ করে উপলব্ধি করা যেতে পারে যা প্রয়োজনীয় ক্যাপাসিট্যান্স (সিআর এবং সিএল) এবং ইন্ডাকট্যান্স (এলআর এবং এলএল) তৈরি করতে পারে। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, সারফেস মাউন্ট টেকনোলজি (এসএমটি) চিপ উপাদান বা বিতরণকৃত উপাদানগুলির প্রয়োগ ব্যাপক আগ্রহ আকর্ষণ করেছে। মাইক্রোস্ট্রিপ, স্ট্রিপলাইন, কপ্ল্যানার ওয়েভগাইড বা অন্যান্য অনুরূপ প্রযুক্তিগুলি বিতরণ করা উপাদানগুলি উপলব্ধি করতে ব্যবহার করা যেতে পারে। SMT চিপ বা বিতরণ করা উপাদান নির্বাচন করার সময় অনেকগুলি বিষয় বিবেচনা করতে হবে। এসএমটি-ভিত্তিক সিআরএলএইচ কাঠামো বিশ্লেষণ এবং নকশার ক্ষেত্রে প্রয়োগ করা আরও সাধারণ এবং সহজ। এটি অফ-দ্য-শেল্ফ এসএমটি চিপ উপাদানগুলির প্রাপ্যতার কারণে, যার জন্য বিতরণ করা উপাদানগুলির তুলনায় পুনর্নির্মাণ এবং উত্পাদন প্রয়োজন হয় না। যাইহোক, SMT উপাদানগুলির প্রাপ্যতা বিক্ষিপ্ত, এবং তারা সাধারণত শুধুমাত্র কম ফ্রিকোয়েন্সিতে কাজ করে (যেমন, 3-6GHz)। অতএব, SMT-ভিত্তিক CRLH কাঠামোর সীমিত অপারেটিং ফ্রিকোয়েন্সি রেঞ্জ এবং নির্দিষ্ট ফেজ বৈশিষ্ট্য রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, বিকিরণকারী অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, SMT চিপ উপাদানগুলি সম্ভব নাও হতে পারে। চিত্র 6 সিআরএলএইচ-টিএল-এর উপর ভিত্তি করে একটি বিতরণ করা কাঠামো দেখায়। কাঠামোটি আন্তঃডিজিটাল ক্যাপ্যাসিট্যান্স এবং শর্ট-সার্কিট লাইন দ্বারা উপলব্ধি করা হয়, যথাক্রমে সিরিজ ক্যাপাসিট্যান্স CL এবং LH এর সমান্তরাল ইন্ডাকট্যান্স LL গঠন করে। লাইন এবং GND-এর মধ্যে ক্যাপাসিট্যান্স RH ক্যাপাসিট্যান্স CR বলে ধরে নেওয়া হয়, এবং আন্তঃডিজিটাল কাঠামোতে বর্তমান প্রবাহ দ্বারা গঠিত চৌম্বকীয় প্রবাহ দ্বারা উত্পন্ন ইন্ডাকট্যান্সকে RH ইন্ডাকট্যান্স LR বলে ধরে নেওয়া হয়।