Агляд антэн: Агляд фрактальных метапаверхняў і дызайну антэн

Канцэпцыя фракталаў была ўведзена матэматыкам Бенуа Б. Мандэльбротам у 1970-х гадах, хоць вытокі фрактальнай геаметрыі можна прасачыць да больш ранніх прац многіх матэматыкаў, такіх як Кантар (1870), фон Кох (1904), Серпінскі (1915). ), Джулія (1918), Фату (1926) і Рычардсан (1953).
Бенуа Б. Мандэльброт вывучаў сувязь паміж фракталамі і прыродай, уводзячы новыя тыпы фракталаў для мадэлявання больш складаных структур, такіх як дрэвы, горы і ўзбярэжжы. Ён увёў слова «фрактал» ад лацінскага прыметніка «fractus», што азначае «зламаны» або «пераломлены», г.зн. складаецца з зламаных або няправільных частак, каб апісаць няправільныя і фрагментаваныя геаметрычныя формы, якія не могуць быць класіфікаваны традыцыйнай эўклідавай геаметрыяй. Акрамя таго, ён распрацаваў матэматычныя мадэлі і алгарытмы для генерацыі і вывучэння фракталаў, што прывяло да стварэння знакамітага мноства Мандэльброта, якое, верагодна, з'яўляецца самай вядомай і візуальна захапляльнай формай фрактала са складанымі і бясконца паўтаральнымі ўзорамі (гл. малюнак 1d).
Працы Мандэльброта не толькі паўплывалі на матэматыку, але таксама знаходзяць прымяненне ў розных галінах, такіх як фізіка, камп'ютэрная графіка, біялогія, эканоміка і мастацтва. Фактычна, дзякуючы сваёй здольнасці мадэляваць і прадстаўляць складаныя і самападобныя структуры, фракталы маюць мноства інавацыйных прымянення ў розных галінах. Напрыклад, яны шырока выкарыстоўваюцца ў наступных сферах прымянення, якія з'яўляюцца толькі некалькімі прыкладамі іх шырокага прымянення:
1. Камп'ютэрная графіка і анімацыя, якія ствараюць рэалістычныя і візуальна прывабныя прыродныя ландшафты, дрэвы, аблокі і тэкстуры;
2. Тэхналогія сціску даных для памяншэння памеру лічбавых файлаў;
3. Апрацоўка малюнкаў і сігналаў, выманне функцый з малюнкаў, выяўленне шаблонаў і забеспячэнне эфектыўных метадаў сціску і рэканструкцыі малюнкаў;
4. Біялогія, якая апісвае рост раслін і арганізацыю нейронаў галаўнога мозгу;
5. Тэорыя антэн і метаматэрыялы, распрацоўка кампактных/шматдыяпазонных антэн і інавацыйных метапаверхняў.
У цяперашні час фрактальная геаметрыя працягвае знаходзіць новае і інавацыйнае выкарыстанне ў розных навуковых, мастацкіх і тэхналагічных дысцыплінах.
У электрамагнітнай (ЭМ) тэхналогіі фрактальныя формы вельмі карысныя для прыкладанняў, якія патрабуюць мініяцюрызацыі, ад антэн да метаматэрыялаў і частотна-выбіральных паверхняў (FSS). Выкарыстанне фрактальнай геаметрыі ў звычайных антэнах можа павялічыць іх электрычную даўжыню, тым самым памяншаючы агульны памер рэзананснай структуры. Акрамя таго, самападобны характар ​​фрактальных форм робіць іх ідэальнымі для рэалізацыі шматпалосных або шырокапалосных рэзанансных структур. Уласцівыя фракталам магчымасці мініяцюрызацыі асабліва прывабныя для распрацоўкі адбіваючых масіваў, фазаваных антэнных кратаў, метаматэрыяльных паглынальнікаў і метапаверхняў для розных ужыванняў. Фактычна выкарыстанне вельмі маленькіх элементаў масіва можа прынесці некалькі пераваг, такіх як памяншэнне ўзаемнай сувязі або магчымасць працаваць з масівамі з вельмі малым інтэрвалам паміж элементамі, што забяспечвае добрую прадукцыйнасць сканавання і больш высокі ўзровень вуглавой стабільнасці.
Па згаданых вышэй прычынах фрактальныя антэны і метапаверхні ўяўляюць сабой дзве захапляльныя вобласці даследаванняў у галіне электрамагнетыкі, якія прыцягнулі вялікую ўвагу ў апошнія гады. Абедзве канцэпцыі прапануюць унікальныя спосабы маніпулявання і кіравання электрамагнітнымі хвалямі з шырокім спектрам прымянення ў бесправадной сувязі, радыёлакацыйных сістэмах і зандзіраванні. Іх самападобныя ўласцівасці дазваляюць ім мець невялікія памеры, захоўваючы выдатную электрамагнітную рэакцыю. Гэтая кампактнасць з'яўляецца асабліва выгаднай у прылажэннях з абмежаванай прасторай, такіх як мабільныя прылады, тэгі RFID і аэракасмічныя сістэмы.
Выкарыстанне фрактальных антэн і метапаверхняў мае патэнцыял для значнага паляпшэння бесправадной сувязі, візуалізацыі і радыёлакацыйных сістэм, паколькі яны дазваляюць ствараць кампактныя высокапрадукцыйныя прылады з пашыранымі функцыямі. Акрамя таго, фрактальная геаметрыя ўсё часцей выкарыстоўваецца пры распрацоўцы мікрахвалевых датчыкаў для дыягностыкі матэрыялаў дзякуючы яе здольнасці працаваць у некалькіх дыяпазонах частот і яе здольнасці мініяцюрызавацца. Пастаянныя даследаванні ў гэтых галінах працягваюць вывучаць новыя канструкцыі, матэрыялы і метады вырабу, каб рэалізаваць іх увесь патэнцыял.
Мэта гэтага артыкула - агляд даследаванняў і прагрэсу прымянення фрактальных антэн і метапаверхняў і параўнанне існуючых фрактальных антэн і метапаверхняў, падкрэсліванне іх пераваг і абмежаванняў. Нарэшце, прадстаўлены комплексны аналіз інавацыйных адбівальнікаў і блокаў метаматэрыялаў, а таксама абмеркаваны праблемы і будучыя распрацоўкі гэтых электрамагнітных структур.