Reviżjoni tal-Antenna: Reviżjoni tal-Metasuperfiċji Frattali u d-Disinn tal-Antenna

Il-kunċett tal-frattali ġie introdott mill-matematiku Benoit B. Mandelbrot fis-snin sebgħin, għalkemm l-oriġini tal-ġeometrija frattali jistgħu jiġu ntraċċati lura għax-xogħol preċedenti ta' ħafna matematiċi, bħal Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915), Julia (1918), Fatou (1926), u Richardson (1953).
Benoit B. Mandelbrot studja r-relazzjoni bejn il-frattali u n-natura billi introduċa tipi ġodda ta’ frattali biex jissimula strutturi aktar kumplessi, bħal siġar, muntanji, u kosti. Huwa ħoloq il-kelma "frattali" mill-aġġettiv Latin "fractus", li jfisser "miksur" jew "mkissur", jiġifieri magħmul minn biċċiet imkissrin jew irregolari, biex jiddeskrivi forom ġeometriċi irregolari u frammentati li ma jistgħux jiġu kklassifikati mill-ġeometrija Ewklidea tradizzjonali. Barra minn hekk, żviluppa mudelli matematiċi u algoritmi għall-ġenerazzjoni u l-istudju tal-frattali, li wasslu għall-ħolqien tas-sett famuż ta’ Mandelbrot, li probabbilment huwa l-aktar forma frattali famuża u viżwalment affaxxinanti b’mudelli kumplessi u ripetuti infinitament (ara l-Figura 1d).
Ix-xogħol ta' Mandelbrot mhux biss kellu impatt fuq il-matematika, iżda għandu wkoll applikazzjonijiet f'diversi oqsma bħall-fiżika, il-grafika tal-kompjuter, il-bijoloġija, l-ekonomija, u l-arti. Fil-fatt, minħabba l-abbiltà tagħhom li jimmudellaw u jirrappreżentaw strutturi kumplessi u awto-simili, il-frattali għandhom bosta applikazzjonijiet innovattivi f'diversi oqsma. Pereżempju, intużaw ħafna fl-oqsma ta' applikazzjoni li ġejjin, li huma biss ftit eżempji tal-applikazzjoni wiesgħa tagħhom:
1. Grafika u animazzjoni bil-kompjuter, li jiġġeneraw pajsaġġi naturali, siġar, sħab u nisġa realistiċi u attraenti viżwalment;
2. Teknoloġija tal-kompressjoni tad-dejta biex tnaqqas id-daqs tal-fajls diġitali;
3. L-ipproċessar tal-immaġni u tas-sinjali, l-estrazzjoni tal-karatteristiċi mill-immaġnijiet, id-detezzjoni ta' mudelli, u l-provvista ta' metodi effettivi ta' kompressjoni u rikostruzzjoni tal-immaġni;
4. Il-bijoloġija, li tiddeskrivi t-tkabbir tal-pjanti u l-organizzazzjoni tan-newroni fil-moħħ;
5. Teorija tal-antenni u metamaterjali, tfassil ta' antenni kompatti/multi-band u metauċuħ innovattivi.
Bħalissa, il-ġeometrija frattali tkompli ssib użi ġodda u innovattivi f'diversi dixxiplini xjentifiċi, artistiċi u teknoloġiċi.
Fit-teknoloġija elettromanjetika (EM), il-forom frattali huma utli ħafna għal applikazzjonijiet li jeħtieġu minjaturizzazzjoni, minn antenni għal metamaterjali u uċuħ selettivi tal-frekwenza (FSS). L-użu tal-ġeometrija frattali f'antenni konvenzjonali jista' jżid it-tul elettriku tagħhom, u b'hekk inaqqas id-daqs ġenerali tal-istruttura reżonanti. Barra minn hekk, in-natura awto-simili tal-forom frattali tagħmilhom ideali għar-realizzazzjoni ta' strutturi reżonanti multi-band jew broadband. Il-kapaċitajiet inerenti ta' minjaturizzazzjoni tal-frattali huma partikolarment attraenti għad-disinn ta' reflectarrays, antenni phased array, assorbenti metamaterjali u metauċuħ għal diversi applikazzjonijiet. Fil-fatt, l-użu ta' elementi ta' array żgħar ħafna jista' jġib diversi vantaġġi, bħat-tnaqqis tal-akkoppjar reċiproku jew il-kapaċità li taħdem ma' arrays bi spazjar żgħir ħafna tal-elementi, u b'hekk tiżgura prestazzjoni tajba ta' skennjar u livelli ogħla ta' stabbiltà angolari.
Għar-raġunijiet imsemmija hawn fuq, l-antenni frattali u l-metasuperfiċji jirrappreżentaw żewġ oqsma ta’ riċerka affaxxinanti fil-qasam tal-elettromanjetika li ġibdu ħafna attenzjoni fis-snin riċenti. Iż-żewġ kunċetti joffru modi uniċi biex jiġu mmanipulati u kkontrollati l-mewġ elettromanjetiku, b’firxa wiesgħa ta’ applikazzjonijiet fil-komunikazzjonijiet mingħajr fili, sistemi tar-radar u sensing. Il-proprjetajiet awto-simili tagħhom jippermettulhom li jkunu żgħar fid-daqs filwaqt li jżommu rispons elettromanjetiku eċċellenti. Din il-kompattezza hija partikolarment vantaġġuża f’applikazzjonijiet b’limitazzjonijiet ta’ spazju, bħal apparati mobbli, tikketti RFID, u sistemi aerospazjali.
L-użu ta' antenni frattali u metasuperfiċji għandu l-potenzjal li jtejjeb b'mod sinifikanti l-komunikazzjonijiet mingħajr fili, l-immaġini, u s-sistemi tar-radar, peress li jippermettu apparati kompatti u ta' prestazzjoni għolja b'funzjonalità mtejba. Barra minn hekk, il-ġeometrija frattali qed tintuża dejjem aktar fid-disinn ta' sensuri tal-microwave għad-dijanjostika tal-materjali, minħabba l-abbiltà tagħha li topera f'diversi meded ta' frekwenza u l-abbiltà tagħha li tiġi minjaturizzata. Ir-riċerka li għaddejja f'dawn l-oqsma tkompli tesplora disinji, materjali, u tekniki ta' fabbrikazzjoni ġodda biex tirrealizza l-potenzjal sħiħ tagħhom.
Dan id-dokument għandu l-għan li jirrevedi l-progress fir-riċerka u l-applikazzjoni ta' antenni frattali u metauċuħ u jqabbel antenni u metauċuħ eżistenti bbażati fuq il-frattali, filwaqt li jenfasizza l-vantaġġi u l-limitazzjonijiet tagħhom. Fl-aħħar nett, tiġi ppreżentata analiżi komprensiva ta' riflettarrays innovattivi u unitajiet metamaterjali, u jiġu diskussi l-isfidi u l-iżviluppi futuri ta' dawn l-istrutturi elettromanjetiċi.