Преглед на антени: Преглед на фрактални метаповршини и дизајн на антени

Концептот на фрактали го вовел математичарот Беноа Б. Манделброт во 1970-тите, иако потеклото на фракталната геометрија може да се проследи до претходната работа на многу математичари, како што се Кантор (1870), фон Кох (1904), Сиерпински (1915), Јулија (1918), Фату (1926) и Ричардсон (1953).
Беноа Б. Манделброт ја проучувал врската помеѓу фракталите и природата со воведување нови видови фрактали за симулирање на посложени структури, како што се дрвја, планини и крајбрежја. Тој го измислил зборот „фрактал“ од латинскиот придавка „fractus“, што значи „скршен“ или „фрактуриран“, т.е. составен од скршени или неправилни парчиња, за да опише неправилни и фрагментирани геометриски форми кои не можат да се класифицираат со традиционалната Евклидова геометрија. Покрај тоа, тој развил математички модели и алгоритми за генерирање и проучување на фрактали, што довело до создавање на познатиот Манделброт сет, кој е веројатно најпознатата и визуелно фасцинантна фрактална форма со сложени и бесконечно повторувачки шеми (видете ја Слика 1d).
Работата на Манделброт не само што имала влијание врз математиката, туку има и примена во различни области како што се физиката, компјутерската графика, биологијата, економијата и уметноста. Всушност, поради нивната способност да моделираат и претставуваат сложени и самослични структури, фракталите имаат бројни иновативни примени во различни области. На пример, тие се широко користени во следните области на примена, кои се само неколку примери за нивната широка примена:
1. Компјутерска графика и анимација, генерирање реалистични и визуелно привлечни природни пејзажи, дрвја, облаци и текстури;
2. Технологија за компресија на податоци за намалување на големината на дигиталните датотеки;
3. Обработка на слики и сигнали, извлекување карактеристики од слики, откривање на шеми и обезбедување ефикасни методи за компресија и реконструкција на слики;
4. Биологија, опишувајќи го растот на растенијата и организацијата на невроните во мозокот;
5. Теорија на антени и метаматеријали, дизајнирање компактни/повеќеопсежни антени и иновативни метаповршини.
Во моментов, фракталната геометрија продолжува да наоѓа нови и иновативни употреби во различни научни, уметнички и технолошки дисциплини.
Во електромагнетната (ЕМ) технологија, фракталните форми се многу корисни за апликации кои бараат минијатуризација, од антени до метаматеријали и површини за селективна фреквенција (FSS). Користењето на фрактална геометрија во конвенционалните антени може да ја зголеми нивната електрична должина, со што се намалува вкупната големина на резонантната структура. Покрај тоа, самосличната природа на фракталните форми ги прави идеални за реализација на повеќеопсежни или широкопојасни резонантни структури. Вродените можности за минијатуризација на фракталите се особено привлечни за дизајнирање рефлективни низи, фазни низи антени, апсорбери на метаматеријали и метаповршини за различни апликации. Всушност, користењето на многу мали елементи на низи може да донесе неколку предности, како што се намалување на меѓусебното спојување или можност за работа со низи со многу мал растојание помеѓу елементите, со што се обезбедуваат добри перформанси на скенирање и повисоки нивоа на аголна стабилност.
Од причините споменати погоре, фракталните антени и метаповршините претставуваат две фасцинантни истражувачки области во областа на електромагнетиката кои привлекоа големо внимание во последниве години. И двата концепта нудат уникатни начини за манипулирање и контрола на електромагнетните бранови, со широк спектар на апликации во безжичните комуникации, радарските системи и сензорите. Нивните самослични својства им овозможуваат да бидат мали по големина, а воедно да одржуваат одличен електромагнетен одговор. Оваа компактност е особено поволна во апликациите со ограничен простор, како што се мобилните уреди, RFID ознаките и воздухопловните системи.
Употребата на фрактални антени и метаповршини има потенцијал значително да ги подобри безжичните комуникации, снимањето и радарските системи, бидејќи тие овозможуваат компактни, високо-перформансни уреди со подобрена функционалност. Покрај тоа, фракталната геометрија сè повеќе се користи во дизајнирањето на микробранови сензори за дијагностика на материјали, поради нејзината способност да работи во повеќе фреквенциски опсези и нејзината способност да биде минијатуризирана. Тековните истражувања во овие области продолжуваат да истражуваат нови дизајни, материјали и техники на производство за да го реализираат нивниот целосен потенцијал.
Овој труд има за цел да го разгледа напредокот во истражувањето и примената на фракталните антени и метаповршините и да ги спореди постојните фрактално-базирани антени и метаповршини, истакнувајќи ги нивните предности и ограничувања. Конечно, презентирана е сеопфатна анализа на иновативни рефлектирачки низи и метаматеријални единици, а се дискутираат и предизвиците и идните развои на овие електромагнетни структури.