অ্যান্টেনা পর্যালোচনা: ফ্র্যাক্টাল মেটাসারফেস এবং অ্যান্টেনা ডিজাইনের একটি পর্যালোচনা

ফ্র্যাক্টালের ধারণাটি ১৯৭০-এর দশকে গণিতবিদ বেনোইট বি. ম্যান্ডেলব্রোট দ্বারা প্রবর্তিত হয়েছিল, যদিও ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতির উৎপত্তি অনেক গণিতবিদ, যেমন ক্যান্টর (১৮৭০), ভন কোচ (১৯০৪), সিয়েরপিনস্কি (১৯১৫), জুলিয়া (১৯১৮), ফাতু (১৯২৬) এবং রিচার্ডসন (১৯৫৩) এর পূর্ববর্তী কাজের মাধ্যমেই পাওয়া যায়।
বেনোইট বি. ম্যান্ডেলব্রোট ফ্র্যাক্টাল এবং প্রকৃতির মধ্যে সম্পর্ক অধ্যয়ন করেন, যাতে গাছ, পাহাড় এবং উপকূলরেখার মতো জটিল কাঠামোর অনুকরণ করা যায়। তিনি ল্যাটিন বিশেষণ "ফ্র্যাক্টাস" থেকে "ফ্র্যাক্টাল" শব্দটি তৈরি করেন, যার অর্থ "ভাঙা" বা "ভাঙা", অর্থাৎ ভাঙা বা অনিয়মিত টুকরো দিয়ে গঠিত, অনিয়মিত এবং খণ্ডিত জ্যামিতিক আকার বর্ণনা করার জন্য যা ঐতিহ্যবাহী ইউক্লিডীয় জ্যামিতি দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ করা যায় না। এছাড়াও, তিনি ফ্র্যাক্টাল তৈরি এবং অধ্যয়নের জন্য গাণিতিক মডেল এবং অ্যালগরিদম তৈরি করেছিলেন, যার ফলে বিখ্যাত ম্যান্ডেলব্রোট সেট তৈরি হয়েছিল, যা সম্ভবত জটিল এবং অসীম পুনরাবৃত্তিমূলক নিদর্শন সহ সবচেয়ে বিখ্যাত এবং দৃশ্যত আকর্ষণীয় ফ্র্যাক্টাল আকৃতি (চিত্র 1d দেখুন)।
ম্যান্ডেলব্রোটের কাজ কেবল গণিতেই প্রভাব ফেলেনি, বরং পদার্থবিদ্যা, কম্পিউটার গ্রাফিক্স, জীববিজ্ঞান, অর্থনীতি এবং শিল্পের মতো বিভিন্ন ক্ষেত্রেও এর প্রয়োগ রয়েছে। প্রকৃতপক্ষে, জটিল এবং স্ব-সদৃশ কাঠামোর মডেলিং এবং প্রতিনিধিত্ব করার ক্ষমতার কারণে, ফ্র্যাক্টালগুলির বিভিন্ন ক্ষেত্রে অসংখ্য উদ্ভাবনী প্রয়োগ রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, নিম্নলিখিত প্রয়োগের ক্ষেত্রগুলিতে এগুলি ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে, যা তাদের ব্যাপক প্রয়োগের কয়েকটি উদাহরণ মাত্র:
১. কম্পিউটার গ্রাফিক্স এবং অ্যানিমেশন, বাস্তবসম্মত এবং দৃশ্যত আকর্ষণীয় প্রাকৃতিক ভূদৃশ্য, গাছ, মেঘ এবং টেক্সচার তৈরি করে;
2. ডিজিটাল ফাইলের আকার কমাতে ডেটা কম্প্রেশন প্রযুক্তি;
৩. চিত্র এবং সংকেত প্রক্রিয়াকরণ, চিত্র থেকে বৈশিষ্ট্যগুলি বের করা, প্যাটার্ন সনাক্তকরণ এবং কার্যকর চিত্র সংকোচন এবং পুনর্গঠন পদ্ধতি প্রদান;
৪. জীববিজ্ঞান, উদ্ভিদের বৃদ্ধি এবং মস্তিষ্কে নিউরনের সংগঠন বর্ণনা করে;
৫. অ্যান্টেনা তত্ত্ব এবং মেটামেটেরিয়াল, কমপ্যাক্ট/মাল্টি-ব্যান্ড অ্যান্টেনা এবং উদ্ভাবনী মেটাসারফেস ডিজাইন করা।
বর্তমানে, ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতি বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক, শৈল্পিক এবং প্রযুক্তিগত শাখায় নতুন এবং উদ্ভাবনী ব্যবহার খুঁজে পাচ্ছে।
ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক (EM) প্রযুক্তিতে, অ্যান্টেনা থেকে শুরু করে মেটাম্যাটেরিয়াল এবং ফ্রিকোয়েন্সি সিলেক্টিভ সারফেস (FSS) পর্যন্ত ক্ষুদ্রাকৃতিকরণের প্রয়োজন এমন অ্যাপ্লিকেশনগুলির জন্য ফ্র্যাক্টাল আকারগুলি খুবই কার্যকর। প্রচলিত অ্যান্টেনায় ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতি ব্যবহার করলে তাদের বৈদ্যুতিক দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি পেতে পারে, যার ফলে অনুরণন কাঠামোর সামগ্রিক আকার হ্রাস পায়। এছাড়াও, ফ্র্যাক্টাল আকারগুলির স্ব-সদৃশ প্রকৃতি মাল্টি-ব্যান্ড বা ব্রডব্যান্ড অনুরণন কাঠামো বাস্তবায়নের জন্য তাদের আদর্শ করে তোলে। ফ্র্যাক্টালগুলির অন্তর্নিহিত ক্ষুদ্রাকৃতিকরণ ক্ষমতা বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রতিফলন অ্যারে, পর্যায়ক্রমে অ্যারে অ্যান্টেনা, মেটাম্যাটেরিয়াল শোষক এবং মেটাসারফেস ডিজাইন করার জন্য বিশেষভাবে আকর্ষণীয়। প্রকৃতপক্ষে, খুব ছোট অ্যারে উপাদান ব্যবহার করে বেশ কয়েকটি সুবিধা পাওয়া যেতে পারে, যেমন পারস্পরিক সংযোগ হ্রাস করা বা খুব ছোট উপাদান ব্যবধান সহ অ্যারের সাথে কাজ করতে সক্ষম হওয়া, এইভাবে ভাল স্ক্যানিং কর্মক্ষমতা এবং উচ্চ স্তরের কৌণিক স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করা।
উপরে উল্লিখিত কারণগুলির জন্য, ফ্র্যাক্টাল অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসগুলি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক্সের ক্ষেত্রে দুটি আকর্ষণীয় গবেষণা ক্ষেত্রকে প্রতিনিধিত্ব করে যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে অনেক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। উভয় ধারণাই ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গগুলিকে পরিচালনা এবং নিয়ন্ত্রণ করার অনন্য উপায় প্রদান করে, যার বিস্তৃত প্রয়োগ ওয়্যারলেস যোগাযোগ, রাডার সিস্টেম এবং সেন্সিংয়ে রয়েছে। তাদের স্ব-সদৃশ বৈশিষ্ট্যগুলি চমৎকার ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক প্রতিক্রিয়া বজায় রেখে আকারে ছোট হতে দেয়। এই কম্প্যাক্টনেসটি স্থান-সীমাবদ্ধ অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, যেমন মোবাইল ডিভাইস, RFID ট্যাগ এবং মহাকাশ সিস্টেমগুলিতে বিশেষভাবে সুবিধাজনক।
ফ্র্যাক্টাল অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসের ব্যবহার ওয়্যারলেস যোগাযোগ, ইমেজিং এবং রাডার সিস্টেমগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করার সম্ভাবনা রাখে, কারণ এগুলি বর্ধিত কার্যকারিতা সহ কম্প্যাক্ট, উচ্চ-কার্যক্ষমতাসম্পন্ন ডিভাইসগুলিকে সক্ষম করে। এছাড়াও, একাধিক ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে কাজ করার ক্ষমতা এবং ক্ষুদ্রাকৃতির করার ক্ষমতার কারণে, উপাদান নির্ণয়ের জন্য মাইক্রোওয়েভ সেন্সরগুলির নকশায় ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতি ক্রমবর্ধমানভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। এই ক্ষেত্রগুলিতে চলমান গবেষণা তাদের পূর্ণ সম্ভাবনা বাস্তবায়নের জন্য নতুন নকশা, উপকরণ এবং ফ্যাব্রিকেশন কৌশল অন্বেষণ অব্যাহত রেখেছে।
এই গবেষণাপত্রের লক্ষ্য হল ফ্র্যাক্টাল অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসের গবেষণা এবং প্রয়োগের অগ্রগতি পর্যালোচনা করা এবং বিদ্যমান ফ্র্যাক্টাল-ভিত্তিক অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসের তুলনা করা, তাদের সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতাগুলি তুলে ধরা। অবশেষে, উদ্ভাবনী প্রতিফলন অ্যারে এবং মেটামেটেরিয়াল ইউনিটগুলির একটি বিস্তৃত বিশ্লেষণ উপস্থাপন করা হয়েছে, এবং এই তড়িৎ চৌম্বকীয় কাঠামোর চ্যালেঞ্জ এবং ভবিষ্যতের উন্নয়ন নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে।