Антенны тойм: Фрактал мета гадаргуугийн тойм болон антенны дизайны тойм

Фракталын тухай ойлголтыг 1970-аад онд математикч Бенуа Б. Мандельброт нэвтрүүлсэн боловч фрактал геометрийн үүслийг Кантор (1870), фон Кох (1904), Сиерпински (1915), Жулиа (1918), Фату (1926), Ричардсон (1953) зэрэг олон математикчдийн өмнөх бүтээлүүдээс харж болно.
Бенуа Б. Мандельброт мод, уулс, эргийн шугам гэх мэт илүү нарийн төвөгтэй бүтцийг дуурайлган шинэ төрлийн фракталуудыг нэвтрүүлснээр фрактал ба байгаль хоорондын хамаарлыг судалсан. Тэрээр уламжлалт Евклидийн геометрээр ангилах боломжгүй жигд бус болон хуваагдмал геометрийн дүрсийг тодорхойлохын тулд "эвдэрсэн" эсвэл "хугарсан" гэсэн утгатай Латин хэлний "fractus" тэмдэг нэрээс "fractal" гэдэг үгийг гаргаж авсан. Үүнээс гадна тэрээр фрактал үүсгэх, судлах математикийн загвар, алгоритмуудыг боловсруулсан бөгөөд энэ нь магадгүй хамгийн алдартай бөгөөд нүдэнд харагдахуйц, нарийн төвөгтэй, хязгааргүй давтагддаг хэв маягтай фрактал дүрс болох алдарт Мандельбротын багцыг бий болгоход хүргэсэн (Зураг 1d-г үзнэ үү).
Мандельбротын бүтээлүүд зөвхөн математикт нөлөөлөөд зогсохгүй физик, компьютерийн график, биологи, эдийн засаг, урлаг зэрэг янз бүрийн салбарт хэрэглэгдэж байна. Үнэндээ фракталууд нь нарийн төвөгтэй, өөртэйгөө төстэй бүтцийг загварчлах, дүрслэх чадварынхаа ачаар янз бүрийн салбарт олон тооны шинэлэг хэрэглээтэй байдаг. Жишээлбэл, тэдгээрийг дараах хэрэглээний салбарт өргөн ашиглаж ирсэн бөгөөд эдгээр нь тэдгээрийн өргөн хэрэглээний цөөн хэдэн жишээ юм.
1. Компьютерийн график болон хөдөлгөөнт дүрс нь бодитой бөгөөд нүдэнд тусахуйц байгалийн ландшафт, мод, үүл, бүтэц зэргийг бий болгох;
2. Дижитал файлуудын хэмжээг багасгахын тулд өгөгдөл шахах технологи;
3. Зураг болон дохио боловсруулах, зургаас онцлог шинж чанарыг гаргаж авах, хэв маягийг илрүүлэх, дүрсийг шахах болон сэргээн босгох үр дүнтэй аргуудыг хангах;
4. Тархинд ургамлын өсөлт ба мэдрэлийн эсүүдийн зохион байгуулалтыг тайлбарласан биологи;
5. Антенны онол ба метаматериалууд, авсаархан/олон зурвасын антенн болон шинэлэг мета гадаргууг зохион бүтээх.
Одоогийн байдлаар фрактал геометр нь шинжлэх ухаан, урлаг, технологийн янз бүрийн салбарт шинэ, инновацийн хэрэглээг олж байна.
Цахилгаан соронзон (EM) технологид фрактал хэлбэрүүд нь антеннаас эхлээд метаматериал болон давтамжийн сонгомол гадаргуу (FSS) хүртэл миниатюрчлал шаарддаг хэрэглээнд маш их хэрэгтэй байдаг. Уламжлалт антеннуудад фрактал геометрийг ашиглах нь тэдгээрийн цахилгаан уртыг нэмэгдүүлж, улмаар резонансын бүтцийн нийт хэмжээг бууруулдаг. Үүнээс гадна, фрактал хэлбэрийн өөрөө төстэй шинж чанар нь тэдгээрийг олон зурвасын эсвэл өргөн зурвасын резонансын бүтцийг бий болгоход тохиромжтой болгодог. Фракталуудын төрөлхийн миниатюрчлалын чадвар нь янз бүрийн хэрэглээнд зориулсан тусгал массив, фазын массив антенн, метаматериал шингээгч болон мета гадаргууг зохион бүтээхэд онцгой анхаарал татдаг. Үнэндээ маш жижиг массив элементүүдийг ашиглах нь харилцан холболтыг багасгах эсвэл маш бага элементийн зайтай массивуудтай ажиллах чадвартай байх зэрэг хэд хэдэн давуу талыг авчирч, улмаар сайн сканнердах гүйцэтгэл, өнцгийн тогтвортой байдлын өндөр түвшинг баталгаажуулдаг.
Дээр дурдсан шалтгаануудын улмаас фрактал антенн болон мета гадаргуугууд нь сүүлийн жилүүдэд ихээхэн анхаарал татаж буй цахилгаан соронзон орны салбарын хоёр сонирхолтой судалгааны чиглэлийг төлөөлж байна. Хоёр ойлголт хоёулаа утасгүй холбоо, радарын систем болон мэдрэгч зэрэгт өргөн хүрээний хэрэглээтэй цахилгаан соронзон долгионыг удирдах, хянах өвөрмөц аргуудыг санал болгодог. Тэдгээрийн өөртэйгөө төстэй шинж чанарууд нь маш сайн цахилгаан соронзон хариу үйлдлийг хадгалахын зэрэгцээ жижиг хэмжээтэй байх боломжийг олгодог. Энэхүү авсаархан байдал нь гар утасны төхөөрөмж, RFID шошго, сансрын систем зэрэг орон зай хязгаарлагдмал хэрэглээнд онцгой давуу талтай юм.
Фрактал антенн болон мета гадаргууг ашиглах нь утасгүй холбоо, дүрслэл, радарын системийг мэдэгдэхүйц сайжруулах боломжтой бөгөөд учир нь тэдгээр нь сайжруулсан функцтэй авсаархан, өндөр хүчин чадалтай төхөөрөмжүүдийг бий болгох боломжийг олгодог. Үүнээс гадна, олон давтамжийн зурваст ажиллах чадвартай, жижигрүүлэх чадвартай тул фрактал геометрийг материалын оношлогоонд богино долгионы мэдрэгчийг зохион бүтээхэд улам бүр ашиглаж байна. Эдгээр чиглэлээр үргэлжилж буй судалгаа нь шинэ загвар, материал, үйлдвэрлэлийн техникийг бүрэн ашиглах боломжийг судлах ажлыг үргэлжлүүлж байна.
Энэхүү өгүүлэл нь фрактал антенн болон мета гадаргуугийн судалгаа, хэрэглээний явцыг тоймлон үзэх, одоо байгаа фрактал дээр суурилсан антенн болон мета гадаргууг харьцуулж, тэдгээрийн давуу болон сул талуудыг онцлох зорилготой юм. Эцэст нь, шинэлэг тусгал массив болон мета материалын нэгжүүдийн цогц шинжилгээг танилцуулж, эдгээр цахилгаан соронзон бүтцийн бэрхшээлүүд болон ирээдүйн хөгжлийн талаар хэлэлцсэн болно.