Преглед антене: Преглед фракталних метаповршина и дизајна антене

Концепт фрактала увео је математичар Беноа Б. Манделброт седамдесетих година прошлог века, иако се порекло фракталне геометрије може пратити до ранијих радова многих математичара, као што су Кантор (1870), фон Кох (1904), Серпински (1915), Јулија (1918), Фату (1926) и Ричардсон (1953).
Беноа Б. Манделброт је проучавао однос између фрактала и природе увођењем нових врста фрактала како би симулирао сложеније структуре, као што су дрвеће, планине и обале. Реч „фрактал“ је сковао од латинског придева „fractus“, што значи „сломљен“ или „изломљен“, тј. састављен од поломљених или неправилних делова, како би описао неправилне и фрагментиране геометријске облике који се не могу класификовати традиционалном еуклидском геометријом. Поред тога, развио је математичке моделе и алгоритме за генерисање и проучавање фрактала, што је довело до стварања чувеног Манделбротовог скупа, који је вероватно најпознатији и визуелно најфасцинантнији фрактални облик са сложеним и бесконачно понављајућим обрасцима (видети слику 1д).
Манделбротов рад није имао само утицај на математику, већ има и примене у разним областима као што су физика, компјутерска графика, биологија, економија и уметност. Заправо, због своје способности да моделирају и представљају сложене и самосличне структуре, фрактали имају бројне иновативне примене у различитим областима. На пример, широко су коришћени у следећим областима примене, које су само неки од примера њихове широке примене:
1. Компјутерска графика и анимација, генерисање реалистичних и визуелно атрактивних природних пејзажа, дрвећа, облака и текстура;
2. Технологија компресије података ради смањења величине дигиталних датотека;
3. Обрада слика и сигнала, издвајање карактеристика из слика, откривање образаца и обезбеђивање ефикасних метода компресије и реконструкције слика;
4. Биологија, описивање раста биљака и организације неурона у мозгу;
5. Теорија антена и метаматеријали, пројектовање компактних/вишепојасних антена и иновативних метаповршина.
Тренутно, фрактална геометрија наставља да проналази нове и иновативне примене у разним научним, уметничким и технолошким дисциплинама.
У електромагнетној (ЕМ) технологији, фрактални облици су веома корисни за примене које захтевају минијатуризацију, од антена до метаматеријала и фреквентно селективних површина (ФСС). Коришћење фракталне геометрије у конвенционалним антенама може повећати њихову електричну дужину, чиме се смањује укупна величина резонантне структуре. Поред тога, самослична природа фракталних облика чини их идеалним за реализацију вишепојасних или широкопојасних резонантних структура. Инхерентне могућности минијатуризације фрактала су посебно атрактивне за пројектовање рефлекторских низова, фазираних антенских низова, метаматеријалних апсорбера и метаповршина за различите примене. У ствари, коришћење веома малих елемената низа може донети неколико предности, као што су смањење међусобног спрезања или могућност рада са низовима са веома малим размаком између елемената, чиме се обезбеђују добре перформансе скенирања и виши нивои угаоне стабилности.
Из горе наведених разлога, фракталне антене и метаповршине представљају два фасцинантна истраживачка подручја у области електромагнетике која су привукла велику пажњу последњих година. Оба концепта нуде јединствене начине манипулације и контроле електромагнетних таласа, са широким спектром примене у бежичним комуникацијама, радарским системима и сензорима. Њихова самослична својства им омогућавају да буду мале величине уз одржавање одличног електромагнетног одзива. Ова компактност је посебно повољна у применама са ограниченим простором, као што су мобилни уређаји, РФИД ознаке и ваздухопловни системи.
Употреба фракталних антена и метаповршина има потенцијал да значајно побољша бежичне комуникације, системе за снимање и радарске системе, јер омогућавају компактне, високоперформансне уређаје са побољшаном функционалношћу. Поред тога, фрактална геометрија се све више користи у дизајну микроталасних сензора за дијагностику материјала, због своје способности рада у више фреквентних опсега и могућности минијатуризације. Текућа истраживања у овим областима настављају да истражују нове дизајне, материјале и технике израде како би се остварио њихов пуни потенцијал.
Овај рад има за циљ да прегледа напредак у истраживању и примени фракталних антена и метаповршина и упореди постојеће антене и метаповршине засноване на фракталима, истичући њихове предности и ограничења. На крају, представљена је свеобухватна анализа иновативних рефлекторских низова и метаматеријалних јединица, а разматрају се и изазови и будући развој ових електромагнетних структура.