Преглед антене: Преглед фракталних метаповршина и дизајн антене

Концепт фрактала увео је математичар Беноа Б. Манделброт 1970-их, иако се порекло фракталне геометрије може пратити до ранијих радова многих математичара, као што су Цантор (1870), вон Коцх (1904), Сиерпински (1915). ), Јулиа (1918), Фатоу (1926) и Рицхардсон (1953).
Беноа Б. Манделброт је проучавао однос између фрактала и природе уводећи нове типове фрактала да би симулирали сложеније структуре, као што су дрвеће, планине и обале. Он је сковао реч „фрактал“ од латинског придева „фрацтус“, што значи „сломљен“ или „преломљен“, односно састављен од изломљених или неправилних делова, да 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 (види слику 1д).
Манделбротов рад није утицао само на математику, већ има и примену у разним областима као што су физика, компјутерска графика, биологија, економија и уметност. У ствари, због своје способности да моделују и представљају сложене и себи сличне структуре, фрактали имају бројне иновативне примене у различитим областима. На пример, они су се широко користили у следећим областима примене, што је само неколико примера њихове широке примене:
1. Компјутерска графика и анимација, генерисање реалистичних и визуелно атрактивних природних пејзажа, дрвећа, облака и текстура;
2. Технологија компресије података за смањење величине дигиталних датотека;
3. Обрада слике и сигнала, издвајање карактеристика из слика, откривање образаца и обезбеђивање ефективних метода компресије и реконструкције слике;
4. Биологија, која описује раст биљака и организацију неурона у мозгу;
5. Теорија антена и метаматеријали, пројектовање компактних/вишепојасних антена и иновативних метаповршина.
Тренутно, фрактална геометрија наставља да проналази нову и иновативну употребу у различитим научним, уметничким и технолошким дисциплинама.
У електромагнетној (ЕМ) технологији, фрактални облици су веома корисни за апликације које захтевају минијатуризацију, од антена до метаматеријала и фреквенцијско 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, фазних антенских низова, апсорбера метаматеријала и метаповршина за различите примене. У ствари, коришћење веома малих елемената низа може донети неколико предности, као што је смањење међусобног спајања или могућност рада са низовима са веома малим размаком елемената, чиме се осигуравају добре перформансе скенирања и виши ниво угаоне стабилности.
Из горе наведених разлога, фракталне антене и метаповршине представљају две фасцинантне истраживачке области у области електромагнетике које су привукле велику пажњу последњих година. Оба концепта нуде јединствене начине за манипулацију и контролу електромагнетних таласа, са широким спектром примена у бежичним комуникацијама, радарским системима и сензорима. Њихова самослична својства омогућавају им да буду мале величине док одржавају одличан електромагнетни одзив. Ова компактност је посебно корисна у апликацијама са ограниченим простором, као што су мобилни уређаји, РФИД ознаке и ваздушни системи.
Употреба фракталних антена и метаповршина има потенцијал да значајно побољша бежичну комуникацију, снимање слика и радарске системе, јер омогућавају компактне уређаје високих перформанси са побољшаном функционалношћу. Поред тога, фрактална геометрија се све више користи у дизајну микроталасних сензора за дијагностику материјала, због своје способности да ради у више фреквентних опсега и своје способности да се минијатуризује. Текућа истраживања у овим областима настављају да истражују нове дизајне, материјале и технике израде како би остварили свој пуни потенцијал.
Овај рад има за циљ да прегледа напредак истраживања и примене фракталних антена и метаповршина и упореди постојеће фракталне антене и метаповршине, наглашавајући њихове предности и ограничења. Коначно, представљена је свеобухватна анализа иновативних рефлекторских низова и метаматеријалних јединица, и дискутовани су изазови и будући развој ових електромагнетних структура.