অ্যান্টেনা পর্যালোচনা: ফ্র্যাক্টাল মেটাসারফেস এবং অ্যান্টেনা ডিজাইনের একটি পর্যালোচনা

ফ্র্যাক্টালের ধারণাটি 1970-এর দশকে গণিতবিদ বেনোইট বি. ম্যান্ডেলব্রট দ্বারা প্রবর্তন করা হয়েছিল, যদিও ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতির উত্সটি অনেক গণিতবিদদের পূর্ববর্তী কাজ থেকে পাওয়া যায়, যেমন ক্যান্টর (1870), ভন কচ (1904), সিয়ের্পিনস্কি (1915) ), জুলিয়া (1918), ফাতু (1926), এবং রিচার্ডসন (1953)।
বেনোইট বি. ম্যান্ডেলব্রট গাছ, পর্বত এবং উপকূলরেখার মতো আরও জটিল কাঠামোর অনুকরণের জন্য নতুন ধরনের ফ্র্যাক্টাল প্রবর্তন করে ফ্র্যাক্টাল এবং প্রকৃতির মধ্যে সম্পর্ক অধ্যয়ন করেছেন। তিনি ল্যাটিন বিশেষণ "ফ্র্যাক্টাস" থেকে "ফ্র্যাক্টাল" শব্দটি তৈরি করেন, যার অর্থ "ভাঙা" বা "ভাঙা" অর্থাৎ ভাঙা বা অনিয়মিত টুকরা দিয়ে গঠিত, অনিয়মিত এবং খণ্ডিত জ্যামিতিক আকারগুলি বর্ণনা করার জন্য যা ঐতিহ্যগত ইউক্লিডীয় জ্যামিতি দ্বারা শ্রেণীবদ্ধ করা যায় না। উপরন্তু, তিনি ফ্র্যাক্টাল তৈরি এবং অধ্যয়ন করার জন্য গাণিতিক মডেল এবং অ্যালগরিদম তৈরি করেছিলেন, যার ফলে বিখ্যাত ম্যান্ডেলব্রট সেট তৈরি হয়েছিল, যা সম্ভবত সবচেয়ে বিখ্যাত এবং দৃশ্যত আকর্ষণীয় ফ্র্যাক্টাল আকৃতি যা জটিল এবং অসীমভাবে পুনরাবৃত্তি করা প্যাটার্ন (চিত্র 1d দেখুন)।
ম্যান্ডেলব্রটের কাজ শুধুমাত্র গণিতের উপরই প্রভাব ফেলেনি, বরং পদার্থবিদ্যা, কম্পিউটার গ্রাফিক্স, জীববিজ্ঞান, অর্থনীতি এবং শিল্পের মতো বিভিন্ন ক্ষেত্রেও এর প্রয়োগ রয়েছে। প্রকৃতপক্ষে, জটিল এবং স্ব-অনুরূপ কাঠামোর মডেল এবং প্রতিনিধিত্ব করার ক্ষমতার কারণে, ফ্র্যাক্টালের বিভিন্ন ক্ষেত্রে অসংখ্য উদ্ভাবনী অ্যাপ্লিকেশন রয়েছে। উদাহরণস্বরূপ, তারা নিম্নলিখিত অ্যাপ্লিকেশন এলাকায় ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে, যা তাদের বিস্তৃত প্রয়োগের মাত্র কয়েকটি উদাহরণ:
1. কম্পিউটার গ্রাফিক্স এবং অ্যানিমেশন, বাস্তবসম্মত এবং দৃশ্যত আকর্ষণীয় প্রাকৃতিক ল্যান্ডস্কেপ, গাছ, মেঘ এবং টেক্সচার তৈরি করে;
2. ডিজিটাল ফাইলের আকার কমাতে ডেটা কম্প্রেশন প্রযুক্তি;
3. ইমেজ এবং সিগন্যাল প্রসেসিং, ইমেজ থেকে ফিচার বের করা, প্যাটার্ন শনাক্ত করা এবং কার্যকর ইমেজ কম্প্রেশন এবং পুনর্গঠন পদ্ধতি প্রদান;
4. জীববিজ্ঞান, উদ্ভিদের বৃদ্ধি এবং মস্তিষ্কে নিউরনের সংগঠন বর্ণনা করে;
5. অ্যান্টেনা তত্ত্ব এবং মেটাম্যাটেরিয়ালস, কম্প্যাক্ট/মাল্টি-ব্যান্ড অ্যান্টেনা এবং উদ্ভাবনী মেটাসারফেস ডিজাইন করা।
বর্তমানে, ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতি বিভিন্ন বৈজ্ঞানিক, শৈল্পিক এবং প্রযুক্তিগত শাখায় নতুন এবং উদ্ভাবনী ব্যবহার খুঁজে চলেছে।
ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক (ইএম) প্রযুক্তিতে, অ্যান্টেনা থেকে মেটাম্যাটেরিয়ালস এবং ফ্রিকোয়েন্সি সিলেক্টিভ সারফেস (এফএসএস) পর্যন্ত ক্ষুদ্রকরণের প্রয়োজন হয় এমন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য ফ্র্যাক্টাল আকৃতি খুবই উপযোগী। প্রচলিত অ্যান্টেনাগুলিতে ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতি ব্যবহার করে তাদের বৈদ্যুতিক দৈর্ঘ্য বৃদ্ধি করতে পারে, যার ফলে অনুরণন কাঠামোর সামগ্রিক আকার হ্রাস পায়। উপরন্তু, ফ্র্যাক্টাল আকারের স্ব-সদৃশ প্রকৃতি তাদের মাল্টি-ব্যান্ড বা ব্রডব্যান্ড অনুরণিত কাঠামো উপলব্ধি করার জন্য আদর্শ করে তোলে। ফ্র্যাক্টালগুলির অন্তর্নিহিত ক্ষুদ্রকরণ ক্ষমতাগুলি বিভিন্ন অ্যাপ্লিকেশনের জন্য প্রতিফলিত অ্যারে, ফেজড অ্যারে অ্যান্টেনা, মেটামেটেরিয়াল শোষক এবং মেটাসারফেস ডিজাইন করার জন্য বিশেষভাবে আকর্ষণীয়। আসলে, খুব ছোট অ্যারে উপাদানগুলি ব্যবহার করে বেশ কিছু সুবিধা আনতে পারে, যেমন পারস্পরিক সংযোগ হ্রাস করা বা খুব ছোট উপাদান ব্যবধান সহ অ্যারেগুলির সাথে কাজ করতে সক্ষম হওয়া, এইভাবে ভাল স্ক্যানিং কার্যকারিতা এবং উচ্চ স্তরের কৌণিক স্থিতিশীলতা নিশ্চিত করা।
উপরে উল্লিখিত কারণগুলির জন্য, ফ্র্যাক্টাল অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসগুলি ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক্সের ক্ষেত্রে দুটি আকর্ষণীয় গবেষণা ক্ষেত্র উপস্থাপন করে যা সাম্প্রতিক বছরগুলিতে অনেক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে। উভয় ধারণাই ওয়্যারলেস যোগাযোগ, রাডার সিস্টেম এবং সেন্সিং-এ বিস্তৃত অ্যাপ্লিকেশন সহ ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক তরঙ্গ পরিচালনা এবং নিয়ন্ত্রণ করার অনন্য উপায় সরবরাহ করে। তাদের স্ব-সদৃশ বৈশিষ্ট্যগুলি দুর্দান্ত ইলেক্ট্রোম্যাগনেটিক প্রতিক্রিয়া বজায় রেখে তাদের আকারে ছোট হতে দেয়। এই কম্প্যাক্টনেস বিশেষ করে সুবিধাজনক স্থান-সীমাবদ্ধ অ্যাপ্লিকেশনে, যেমন মোবাইল ডিভাইস, RFID ট্যাগ, এবং মহাকাশ ব্যবস্থা।
ফ্র্যাক্টাল অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসের ব্যবহার ওয়্যারলেস যোগাযোগ, ইমেজিং এবং রাডার সিস্টেমগুলিকে উল্লেখযোগ্যভাবে উন্নত করার সম্ভাবনা রয়েছে, কারণ তারা উন্নত কার্যকারিতা সহ কমপ্যাক্ট, উচ্চ-পারফরম্যান্স ডিভাইসগুলিকে সক্ষম করে। উপরন্তু, একাধিক ফ্রিকোয়েন্সি ব্যান্ডে কাজ করার ক্ষমতা এবং এর ক্ষুদ্রাকৃতির ক্ষমতার কারণে উপাদান নির্ণয়ের জন্য মাইক্রোওয়েভ সেন্সরগুলির নকশায় ফ্র্যাক্টাল জ্যামিতি ক্রমবর্ধমানভাবে ব্যবহৃত হচ্ছে। এই এলাকায় চলমান গবেষণা তাদের পূর্ণ সম্ভাবনা উপলব্ধি করার জন্য নতুন ডিজাইন, উপকরণ এবং বানোয়াট কৌশলগুলি অন্বেষণ করে চলেছে।
এই কাগজটির লক্ষ্য হল ফ্র্যাক্টাল অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসগুলির গবেষণা এবং প্রয়োগের অগ্রগতি পর্যালোচনা করা এবং বিদ্যমান ফ্র্যাক্টাল-ভিত্তিক অ্যান্টেনা এবং মেটাসারফেসগুলির তুলনা করা, তাদের সুবিধা এবং সীমাবদ্ধতাগুলি তুলে ধরা। অবশেষে, উদ্ভাবনী প্রতিফলক এবং মেটামেটেরিয়াল ইউনিটগুলির একটি বিস্তৃত বিশ্লেষণ উপস্থাপন করা হয়েছে এবং এই বৈদ্যুতিন চৌম্বকীয় কাঠামোর চ্যালেঞ্জ এবং ভবিষ্যতের উন্নয়নগুলি নিয়ে আলোচনা করা হয়েছে।