آنتن فراماده

**آنتن‌های فراماده** گونه‌ای از آنتن‌ها هستند که از فراماده‌ها برای افزایش عملکرد سامانه‌های آنتن مینیاتوری‌شده (کوچک از نظر الکتریکی) استفاده می‌کنند. هدف این آنتن‌ها، مانند هر آنتن الکترومغناطیسی دیگر، گسیل انرژی به فضای آزاد است. با این حال، این رده از آنتن‌ها فراماده‌ها را به‌کار می‌گیرند. فراماده‌ها موادی هستند که با ساختارهای نوآورانه و اغلب میکروسکوپی مهندسی شده‌اند تا ویژگی‌های فیزیکی نامتعارف ایجاد کنند. طراحی‌های آنتن که از فراماده‌ها استفاده می‌کنند می‌توانند توان تابش‌شدهٔ آنتن را افزایش دهند.

آنتن‌های متعارف که در مقایسه با طول موج بسیار کوچک هستند، بخش عمده‌ای از سیگنال را به منبع بازمی‌تابانند. یک آنتن فراماده طوری رفتار می‌کند که گویی اندازه‌اش بسیار بزرگ‌تر از ابعاد واقعی آن است، زیرا ساختار نوین آن انرژی را ذخیره و مجدداً تابش می‌کند. از فناوری‌های مرسوم لیتوگرافی می‌توان برای چاپ عناصر فراماده روی برد مدار چاپی استفاده کرد.

این آنتن‌های نوین به کاربردهایی مانند تعامل همراه با ماهواره‌ها، هدایت پرتو با زاویه گسترده، دستگاه‌های ارتباطی اضطراری، ریزحسگرها و رادارهای نفوذی زمین‌ی همراه برای جستجوی ویژگی‌های زمین‌شناسی کمک می‌کنند.

برخی از کاربردهای آنتن‌های فراماده عبارتند از: ارتباطات بی‌سیم، ارتباطات فضایی، جی‌پی‌اس، ماهوارهها، ناوبری وسایل نقلیه فضایی و هواپیماها.

## طراحی آنتن

طراحی‌های آنتن که از فراماده‌ها بهره می‌برند می‌توانند توان تابشی یک آنتن را بهبود بخشند. جدیدترین آنتن‌های فراماده تا ۹۵ درصد از یک سیگنال رادیویی ورودی را تابش می‌کنند. آنتن‌های استاندارد برای کارکرد کارآمد باید دست‌کم به اندازه نصف طول‌موج سیگنال باشند. برای مثال، در فرکانس ۳۰۰ مگاهرتز، یک آنتن باید نیم‌متر طول داشته باشد. در مقابل، آنتن‌های فراماده‌ای آزمایشی به کوچکی یک‌پنجاهم طول‌موج هستند و امکان کاهش بیشتر در اندازه نیز برای آن‌ها وجود دارد.

فراماده‌ها پایه‌ای برای مینیاتوری‌سازی بیشتر آنتن‌های مایکروویو، با حفظ بازده توان و پهنای‌باند قابل قبول هستند. آنتن‌هایی که از فراماده‌ها استفاده می‌کنند این امکان را ارائه می‌دهند که محدودیت‌های بازده-پهنای‌باندی که برای آنتن‌های مینیاتوری با ساختار متعارف وجود دارد، پشت سر گذاشته شود.

فراماده‌ها اجازه می‌دهند عناصر آنتن کوچک‌تری ساخته شوند که محدوده فرکانس وسیع‌تری را پوشش می‌دهند و در نتیجه از فضای موجود در مواردی که با محدودیت فضا مواجه هستند، استفاده بهتری می‌برند. در این موارد، آنتن‌های مینیاتوری با بهره بالا اهمیت چشمگیری دارند زیرا عناصر تابشی در آرایه‌های آنتن بزرگ ترکیب می‌شوند. افزون بر این، ضریب شکست منفی فراماده‌ها، تابش الکترومغناطیسی را توسط یک لنز تخت متمرکز می‌کند به جای آن که آن را پراکنده سازد.
### پوسته DNG

پژوهش اولیه در مورد آنتن‌های فراماده، یک مطالعه تحلیلی درباره یک آنتن دوقطبی مینیاتوری بود که با یک فراماده احاطه شده بود. این ماده با نام‌های مختلفی از جمله فراماده با ضریب شکست منفی (NIM) یا فراماده دوگانه منفی (DNG) شناخته می‌شود.

به نظر می‌رسد این پیکربندی از نظر تحلیلی و عددی، افزایشی به اندازه یک مرتبه بزرگی در توان تولید می‌کند. همزمان، راکتانس ظاهری کاهشی متناظر را ارائه می‌دهد. افزون بر این، پوسته DGB به یک شبکه تطبیق امپدانس طبیعی برای این سامانه تبدیل می‌شود.

### کاربردهای صفحه زمین

فراماده‌های به‌کاررفته در صفحه زمین اطراف آنتن‌ها، جداسازی بهبودیافته‌ای بین کانال‌های فرکانس رادیویی یا مایکروویو آرایه‌های آنتن (فازی) (MIMO) ارائه می‌دهند. صفحات زمین فراماده‌ای با امپدانس بالا همچنین می‌توانند بازده تابش و عملکرد نسبت محوری آنتن‌های با پروفیل پایین را که در نزدیکی سطح صفحه زمین قرار دارند، بهبود بخشند. همچنین از فراماده‌ها برای افزایش محدوده اسکن پرتو در آنتن‌های موج نشتی با استفاده از هر دو موج پیشرو و پس‌رو استفاده شده است. سامانه‌های مختلف آنتن فراماده‌ای می‌توانند برای پشتیبانی از حسگرهای نظارتی، پیوندهای ارتباطی، سامانه‌های ناوبری و سامانه‌های فرماندهی و کنترل به کار گرفته شوند.
## پیکربندی‌های نوین

علاوه بر مینیاتوری‌سازی آنتن، پیکربندی‌های نوین دارای کاربردهای بالقوه‌ای هستند که از دستگاه‌های فرکانس رادیویی تا دستگاه‌های نوری را در بر می‌گیرند. ترکیب‌های دیگر برای دستگاه‌های دیگر در زیرسامانه‌های آنتن فراماده نیز در حال تحقیق هستند. در این زیرسامانه‌ها یا به طور انحصاری از صفحات فراماده دوگانه منفی استفاده می‌شود، یا ترکیبی از صفحات دوگانه مثبت (DPS) با صفحات DNG، یا صفحات اپسیلون-منفی (ENG) با صفحات مو-منفی (MNG) به کار گرفته می‌شود. زیرسامانه‌های آنتن که در حال حاضر مورد تحقیق قرار دارند شامل تشدیدگرهای حفره‌ای، موج‌برها، پراکنده‌سازها و آنتن‌ها (تابنده‌ها) می‌شوند. با ادغام عناصر پویا، مانند کریستال‌های مایع، در ساختارشان، آنتن‌های فراماده را می‌توان در محدوده‌های فرکانسی مختلف، از نوری تا RF، تنظیم‌پذیر (تَن‌پذیر) ساخت. آنتن‌های فراماده تا سال ۲۰۰۹ به صورت تجاری در دسترس قرار گرفتند.
## تاریخچه

پندری و همکارانش نشان دادند که یک آرایه سه‌بعدی از سیم‌های نازک متقاطع می‌تواند برای ایجاد مقادیر منفی «ε» استفاده شود، و اینکه یک آرایه تناوبی از تشدیدگرهای حلقه شکسته مسی می‌تواند یک تراوایی مغناطیسی مؤثر منفی («μ») ایجاد کند.

در ماه مه ۲۰۰۰، گروهی از پژوهشگران به سرپرستی اسمیت و همکارانش اولین کسانی بودند که با موفقیت تشدیدگر حلقه شکسته (SRR) را با پایه‌های رسانای سیم نازک ترکیب کردند و یک ماده دست‌چپی تولید کردند که مقادیر منفی ε، μ و ضریب شکست را برای فرکانس‌های در محدوده گیگاهرتز یا مایکروویو داشت.

در سال ۲۰۰۲، یک گونه متفاوت از فراماده‌های ضریب شکست منفی (NRI) معرفی شد که از بارگذاری راکتیو تناوبی یک خط انتقال دوبعدی به عنوان محیط میزبان استفاده می‌کرد. این پیکربندی از مواد با ضریب شکست مثبت (DPS) همراه با مواد با ضریب شکست منفی (DNG) بهره می‌برد. از یک لنز منفی-شکستی کوچک و تخت که به یک موج‌بر صفحه‌موازی با ضریب شکست مثبت متصل شده بود، استفاده کرد. این موضوع به زودی پس از آن به صورت تجربی تأیید شد.

اگرچه برخی ناکارآمدی‌های SRR شناسایی شد، اما تا سال ۲۰۰۹ همچنان در تحقیقات مورد استفاده قرار می‌گرفت. SRRها در طیف گسترده‌ای از تحقیقات فراماده، از جمله تحقیق در مورد آنتن‌های فراماده، نقش داشته‌اند.

دیدگاه جدیدتر این است که با استفاده از SRRها به عنوان بلوک‌های سازنده، پاسخ الکترومغناطیسی و انعطاف‌پذیری مرتبط با آن عملی و مطلوب است.
### جبران فاز ناشی از شکست منفی

فراماده‌های DNG می‌توانند به دلیل ضریب شکست منفی خود، جبران فاز را فراهم کنند. این امر با ترکیب یک صفحه از ماده DPS متعارف بدون تلفات با یک صفحه از فراماده DNG بدون تلفات انجام می‌شود.

DPS دارای یک ضریب شکست مثبت متعارف است، در حالی که DNG دارای ضریب شکست منفی است. هر دو صفحه با منطقه خارجی (مثلاً فضای آزاد) از نظر امپدانس مطابق شده‌اند. موج تخت تکرنگ مورد نظر بر این پیکربندی تابیده می‌شود. همان‌طور که این موج از صفحه اول ماده انتشار می‌یابد، یک اختلاف فاز بین وجه خروجی و وجه ورودی پدیدار می‌شود. با انتشار موج در صفحه دوم، اختلاف فاز به میزان قابل توجهی کاهش یافته و حتی جبران می‌شود. بنابراین، هنگامی که موج از صفحه دوم خارج می‌شود، اختلاف فاز کل برابر با صفر است.

با این سامانه می‌توان یک سامانه موج‌بری با فاز جبران‌شده تولید کرد. با روی هم چیدن صفحات از این پیکربندی، جبران فاز (اثرات انتقال پرتو) در کل سامانه رخ خواهد داد. افزون بر این، با تغییر ضریب شکست هر یک از جفت‌های DPS-DNG، سرعتی که پرتو با آن به وجه جلویی وارد می‌شود و از وجه پشتی کل سامانه پشته‌ای خارج می‌شود، تغییر می‌کند. به این ترتیب، یک خط انتقال حجیم، با تلفات کم و با تاخیر زمانی را می‌توان برای یک سامانه مشخص تحقق بخشید.

علاوه بر این، این جبران فاز می‌تواند به مجموعه‌ای از کاربردها منجر شود که شامل تشدیدگرهای حفره‌ای و موج‌برهای مینیاتوری، زیر-طول‌موجی با کاربردهای فراتر از محدودیت‌های پراش هستند.

### جبران پاشندگی خط انتقال
به دلیل ماهیت پاشنده DNG به عنوان یک محیط انتقال، می‌تواند به عنوان یک وسیله جبران پاشندگی برای کاربردهای دامنه زمانی مفید باشد. پاشندگی باعث ایجاد واریانس در سرعت گروهی مولفه‌های موج سیگنال می‌شود، همان‌طور که در محیط DNG انتشار می‌یابند. از این رو، فراماده‌های DNG روی هم چیده شده می‌توانند برای تغییر انتشار سیگنال در طول یک خط انتقال میکرواستریپ مفید باشند. همزمان، پاشندگی منجر به اعوجاج می‌شود. با این حال، اگر پاشندگی در طول خط میکرواستریپ جبران شود، سیگنال‌های RF یا مایکروویوی که در امتداد آن‌ها انتشار می‌یابند، به میزان قابل توجهی اعوجاج را کاهش می‌دهند. بنابراین، اجزای لازم برای تضعیف اعوجاج کم‌اهمیت‌تر می‌شوند و این می‌تواند به ساده‌سازی بسیاری از سامانه‌ها بینجامد. فراماده‌ها می‌توانند با اصلاح وابستگی فرکانسی تراوایی مؤثر، پاشندگی را در امتداد میکرواستریپ حذف کنند.

راه‌برد این است که طولی از خط انتقال بارگذاری‌شده با فراماده طراحی شود که بتوان آن را همراه با طول اصلی خط میکرواستریپ به کار برد تا سامانه جفت‌شده فاقد پاشندگی شود و یک بخش جبران‌کننده پاشندگی از خط انتقال ایجاد گردد. این را می‌توان با معرفی یک فراماده با یک تراوایی موضعی مشخص و یک تراوایی مغناطیسی موضعی مشخص انجام داد، که سپس تراوایی نسبی و تراوایی مغناطیسی خط میکرواستریپ کلی را تحت تأثیر قرار می‌دهد. این به گونه‌ای معرفی می‌شود که امپدانس موج در فراماده بدون تغییر باقی بماند. ضریب شکست در محیط، اثرات پاشندگی مرتبط با هندسه خود میکرواستریپ را جبران می‌کند و ضریب شکست مؤثر جفت را معادل ضریب شکست فضای آزاد می‌سازد.

بخشی از راه‌برد طراحی این است که تراوایی مؤثر و تراوایی مغناطیسی مؤثر چنین فراماده‌ای باید منفی باشد – که نیازمند یک ماده DNG است.
### نوآوری

ترکیب بخش‌های دست‌چپی با یک خط انتقال متعارف (دست‌راستی) منجر به مزایایی در مقایسه با طراحی‌های متعارف می‌شود. خطوط انتقال دست‌چپی اساساً یک فیلتر بالاگذر با پیش‌فاز هستند. در مقابل، خطوط انتقال دست‌راستی یک فیلتر پایین‌گذر با پس‌فاز هستند. این پیکربندی به عنوان فراماده مرکب دست‌راستی/دست‌چپی (CRLH) تعیین می‌شود.

آنتن موج نشتی متعارف موفقیت تجاری محدودی داشته است زیرا فاقد قابلیت کامل اسکن فرکانسی از پشت‌تاب تا انتهاتاب است. فراماده CRLH امکان اسکن فرکانسی کامل از پشت‌تاب تا انتهاتاب، از جمله تابش پهلو را فراهم کرد.

### لنز مایکروویو

لنز فراماده‌ای که در سامانه‌های آنتن فراماده یافت می‌شود، به عنوان یک جفت‌کننده کارآمد به تابش خارجی استفاده می‌شود و تابش را در امتداد یا از یک خط انتقال میکرواستریپ به سمت اجزای فرستنده و گیرنده متمرکز می‌کند. از این رو می‌توان از آن به عنوان یک دستگاه ورودی استفاده کرد. علاوه بر این، می‌تواند دامنه موج‌های میراشونده را افزایش داده و همچنین فاز موج‌های در حال انتشار را تصحیح کند.

### هدایت تابش

در این حالت، یک SRR از لایه‌هایی از یک شبکه فلزی از سیم‌های نازک – با سیم‌هایی در سه جهت فضایی و برش‌هایی از فوم – استفاده می‌کند. تراوایی این ماده در بالاتر از فرکانس پلاسمایی می‌تواند مثبت و کمتر از یک باشد. این بدان معناست که ضریب شکست کمی بالاتر از صفر است. پارامتر مرتبط اغلب تضاد بین تراوایی‌هاست تا مقدار کلی تراوایی در فرکانس‌های مورد نظر. این اتفاق می‌افتد زیرا تراوایی معادل (موثر) رفتاری دارد که توسط یک فرکانس پلاسمایی در حوزه مایکروویو اداره می‌شود. این ماده با ضریب شکست نوری پایین، سپس یک نامزد خوب برای ریزلنزهای بسیار همگرا است. روش‌هایی که به طور نظری با استفاده از بلورهای فوتونیک دی‌الکتریک توسعه یافته‌اند، در حوزه مایکروویو برای تحقق یک تابنده جهت‌دار با استفاده از شبکه‌های فلزی به کار گرفته شده‌اند.

در این حالت، سیم‌های آرایش‌یافته در یک ساختار شبکه بلوری مکعبی را می‌توان به عنوان آرایه‌ای از آنتن‌ها (آرایه آنتن) تحلیل کرد. به عنوان یک ساختار شبکه‌ای، یک ثابت شبکه‌ای دارد. ثابت شبکه‌ای یا پارامتر شبکه به فاصله ثابت بین سلول‌های واحد در یک شبکه بلوری اشاره دارد.

کشف قبلی پلاسمون‌ها این دیدگاه را ایجاد کرد که فلز در فرکانس پلاسمایی *f<sub>p</sub>* یک ماده مرکب است. اثر پلاسمون‌ها بر روی هر نمونه فلزی این است که ویژگی‌هایی در فلز ایجاد می‌کند تا بتواند به عنوان یک دی‌الکتریک رفتار کند، مستقل از بردار موج میدان برانگیختگی (تابش) الکترومغناطیسی. علاوه بر این، مقدار بسیار اندکی از انرژی پلاسمون که با *γ* نشان داده می‌شود، در سامانه جذب می‌شود. برای آلومینیوم *f<sub>p</sub>* = ۱۵ الکترون‌ولت و *γ* = ۰.۱ الکترون‌ولت است. شاید مهم‌ترین نتیجه تعامل فلز و فرکانس پلاسما این باشد که تراوایی زیر فرکانس پلاسما منفی است، تا حداقل مقدار *γ*.

این حقایق در نهایت منجر می‌شود که ساختار سیم‌های آرایش‌یافته به طور مؤثر یک محیط همگن باشد.

این فراماده امکان کنترل جهت گسیل یک منبع تابش الکترومغناطیسی واقع در داخل ماده را فراهم می‌کند تا تمام انرژی را در یک حوزه زاویه‌ای کوچک حول نرمال جمع‌آوری کند. با استفاده از یک صفحه از فراماده، موج‌های الکترومغناطیسی واگرا در یک مخروط باریک متمرکز می‌شوند. ابعاد در مقایسه با طول‌موج کوچک هستند و بنابراین صفحه به عنوان یک ماده همگن با یک فرکانس پلاسمایی پایین رفتار می‌کند.
## مدل‌های خط انتقال

### خطوط انتقال متعارف

یک خط انتقال، محیط مادی یا ساختاری است که تمام یا بخشی از یک مسیر از یک مکان به مکان دیگر را برای هدایت انتقال انرژی، مانند امواج الکترومغناطیسی یا انتقال توان الکتریکی تشکیل می‌دهد. انواع خط انتقال شامل سیم‌ها، کابل‌های هم‌محور، صفحات دی‌الکتریک، خطوط نواری، فیبرهای نوری، خطوط انتقال نیروی الکتریکی و موج‌برها می‌شود.

یک میکرواستریپ نوعی از خط انتقال است که می‌تواند با استفاده از فناوری برد مدار چاپی ساخته شود و برای انتقال سیگنال‌های با فرکانس مایکروویو به کار می‌رود. این خط از یک نوار رسانا تشکیل شده که توسط یک لایه دی‌الکتریک به نام **زیرلایه** از یک صفحه زمین جدا شده است. اجزای مایکروویو مانند آنتن‌ها، جفت‌کننده‌ها، فیلترها و تقسیم‌کننده‌های توان را می‌توان از میکرواستریپ تشکیل داد.

از شماتیک‌های ساده‌شده سمت راست می‌توان دریافت که امپدانس کل، رسانایی، راکتانس (خازن و القاگر) و محیط انتقال (خط انتقال) را می‌توان با اجزای مجزایی نمایش داد که مقدار کلی را ارائه می‌دهند.

در مورد رسانه‌های خط انتقال، مطابقت دادن امپدانس بار ZL با امپدانس مشخصه Z0 تا حد ممکن اهمیت دارد، زیرا معمولاً مطلوب است که بار تا حد امکان توان بیشتری جذب کند.

: R مقاومت در واحد طول است،
: L القاوری در واحد طول است،
: G رسانایی دی‌الکتریک در واحد طول است،
: C ظرفیت خازنی در واحد طول است،
: j واحد موهومی است، و
: \omega فرکانس زاویه‌ای است.

#### عناصر مدار مجتمع (متمرکز)

اغلب، به دلیل هدف کوچک‌سازی اجزای فیزیکی فراماده (یا سلول‌ها)، بحث و پیاده‌سازی مدارهای مجتمع (متمرکز) LC یا شبکه‌های توزیع‌شده LC مورد بررسی قرار می‌گیرند. عناصر مدار متمرکز در واقع اجزای میکروسکوپی هستند که به طور مؤثر همتایان بزرگ‌تر خود را تقریب می‌زنند. برای مثال، ظرفیت خازنی و القایی مدار را می‌توان با حلقه‌های شکسته ایجاد کرد که در مقیاس نانومتر در فرکانس‌های نوری هستند. مدل توزیع‌شده LC مرتبط با مدل متمرکز LC است، اما مدل المان توزیع‌شده دقیق‌تر اما پیچیده‌تر از مدل المان متمرکز است.

### پیکربندی‌های خط انتقال بارگذاری‌شده با فراماده

برخی از آنتن‌های فراماده‌ای شناخته شده از فراماده‌های خط انتقال با ضریب شکست منفی (NRI-TLM) استفاده می‌کنند. این موارد شامل لنزهایی می‌شود که می‌توانند بر محدودیت پراش غلبه کنند، خطوط تغییر فاز باندباریک و پهن‌باند، آنتن‌های کوچک، آنتن‌های با پروفیل پایین، شبکه‌های تغذیه آنتن، معماری‌های توان نوین و جفت‌کننده‌های با جهت‌دهی بالا هستند. بارگذاری یک شبکه فراماده‌ای صفحه‌ای از خطوط انتقال با خازن‌های سری و القاگرهای شنت، عملکرد بالاتری ایجاد می‌کند. این امر منجر به یک پهنای باند عملیاتی بزرگ می‌شود در حالی که ضریب شکست منفی است.

از آنجا که ابرعدسی‌ها می‌توانند بر محدودیت پراش غلبه کنند، این امر امکان جفت‌شدگی کارآمدتر با تابش خارجی و فعال‌سازی باند فرکانسی گسترده‌تری را فراهم می‌کند. برای مثال، ابرعدسی را می‌توان در معماری TLM به کار برد. در عدسی‌های متعارف، تصویربرداری توسط محدودیت پراش محدود می‌شود. با ابرعدسی‌ها، جزئیات تصاویر میدان نزدیک از دست نمی‌روند. در فراماده (*n* 1، ε2، μ1، μ2 است. هر صفحه ضخامتی برابر با d دارد، صفحه ۱ = d1 و صفحه ۲ = d2. انتخاب کدام ترکیب از پارامترها برای استفاده شامل جفت‌کردن مواد DPS و DNG یا مواد ENG و MNG است. همانطور که قبلاً ذکر شد، این یک جفت از پارامترهای سازنده با علامت مخالف است که ترکیب شده‌اند.

### تشدیدگرهای حفره‌ای نازک زیرطول‌موج

#### جبران فاز

مقادیر مؤلفه حقیقی برای تراوایی منفی و تراوایی مغناطیسی منفی منجر به مقادیر مؤلفه حقیقی برای شکست منفی n می‌شود. در یک محیط بدون تلفات، تنها مقادیر حقیقی وجود خواهند داشت. از این مفهوم می‌توان برای ترسیم جبران فاز هنگامی که یک ماده متعارف بدون تلفات، DPS، با یک NIM (DNG) بدون تلفات مطابقت داده می‌شود، استفاده کرد.

در جبران فاز، DPS با ضخامت d1 دارای ε > 0 و μ > 0 است. برعکس، NIM با ضخامت d2 دارای ε 1) برابر با منطقه خارجی است و به یک موج صفحه‌ای عمودی فرودی پاسخ می‌دهد. موج بدون هیچ بازتابی از محیط عبور می‌کند زیرا امپدانس DPS و امپدانس خارجی برابر هستند. با این حال، موج صفحه‌ای در انتهای صفحه DPS با موج صفحه‌ای در ابتدای ماده اختلاف فاز دارد.

موج صفحه‌ای سپس وارد NIM بدون تلفات (d2) می‌شود. در فرکانس‌های خاص ε 2 در جهت مخالف k1 است. علاوه بر این، هر اختلاف فازی که با عبور از صفحه اول ایجاد شده باشد می‌تواند با عبور از صفحه دوم کاهش یافته و حتی حذف شود. اگر نسبت دو ضخامت ***d<sub>1</sub> / d<sub> 2</sub> = n<sub>2</sub> / n<sub>1</sub>*** باشد، آنگاه اختلاف فاز کل بین وجه جلویی و پشتی صفر است. این نشان می‌دهد که چگونه صفحه NIM در فرکانس‌های انتخاب‌شده به عنوان یک جبران‌کننده فاز عمل می‌کند. توجه به این نکته مهم است که این فرآیند جبران فاز فقط به نسبت ***d<sub>1</sub> / d<sub> 2</sub>*** بستگی دارد نه به ضخامت ***d<sub>1</sub> + d<sub>1</sub>***. بنابراین، ***d<sub>1</sub> + d<sub>1</sub>*** می‌تواند هر مقدار باشد، تا زمانی که این نسبت شرط فوق را برآورده کند. در نهایت، حتی با وجود این ساختار دولایه، موجی که از این ساختار عبور می‌کند اختلاف فاز را تجربه نخواهد کرد.

پس از این، گام بعدی تشدیدگر حفره‌ای زیرطول‌موج است.

#### تشدیدگرهای حفره‌ای یک‌بعدی فشرده زیرطول‌موج با استفاده از فراماده‌ها

جبران‌کننده فاز توصیف‌شده در بالا را می‌توان برای مفهوم‌سازی امکان طراحی یک تشدیدگر حفره‌ای یک‌بعدی فشرده به کار برد. ساختار دو لایه فوق به عنوان دو بازتاب‌کننده کامل، یا به عبارت دیگر، دو صفحه هادی کامل اعمال می‌شود. از نظر مفهومی، آنچه در تشدیدگر محدود می‌شود ***d<sub>1</sub> / d<sub>2</sub>*** است، نه ***d<sub>1</sub> + d<sub>2</sub>***. بنابراین، در اصل، می‌توان یک تشدیدگر حفره‌ای نازک زیرطول‌موج برای یک فرکانس معین داشت، اگر در این فرکانس لایه دوم به عنوان یک فراماده با تراوایی و تراوایی مغناطیسی منفی عمل کند و نسبت با مقادیر صحیح مرتبط باشد.

حفره از نظر مفهومی می‌تواند نازک باشد و در عین حال تشدید کند، تا زمانی که نسبت ضخامت‌ها برقرار باشد. این، در اصل، می‌تواند امکان تشدیدگرهای حفره‌ای زیرطول‌موج، نازک و فشرده را فراهم کند.

### تشدیدگر حفره‌ای مینیاتوری با استفاده از FSS

فراماده‌های مبتنی بر سطح فرکانس‌گزین (FSS) از پیکربندی‌های مداری LC *معادل* استفاده می‌کنند. استفاده از FSS در یک حفره امکان مینیاتوری‌سازی، کاهش فرکانس تشدید، کاهش فرکانس قطع و گذار نرم از موج سریع به موج کند در یک پیکربندی موج‌بر را فراهم می‌کند.

### حفره‌های مبتنی بر فراماده مرکب

به عنوان یک کاربرد LHM، چهار حفره مختلف که در رژیم مایکروویو عمل می‌کنند، ساخته شد و به صورت تجربی مشاهده و توصیف شد.

## صفحه زمین فراماده‌ای

### انتشار مود نشتی با صفحه زمین فراماده‌ای

یک دوقطبی مغناطیسی روی صفحه زمین فراماده‌ای (صفحه) قرار داده شد. فراماده‌ها یا پارامترهای سازنده‌ای دارند که هر دو منفی هستند، یا تراوایی منفی یا تراوایی مغناطیسی منفی دارند. ویژگی‌های پاشندگی و تابش امواج نشتی پشتیبانی‌شده توسط این صفحات فراماده، به ترتیب مورد بررسی قرار گرفت.

## سامانه‌های ثبت‌اختراع‌شده

چندین سامانه دارای گواهی ثبت اختراع هستند.

سامانه‌های آرایه فازی و آنتن‌های مورد استفاده در چنین سامانه‌هایی در حوزه‌هایی مانند مخابرات و کاربردهای رادار به خوبی شناخته شده هستند. به طور کلی، سامانه‌های آرایه فازی با بازسازی منسجم سیگنال‌ها در کل آرایه با استفاده از عناصر مداری برای جبران اختلاف فاز نسبی و تاخیرهای زمانی کار می‌کنند.

### آنتن آرایه فازی

ثبت‌اختراع شده در سال ۲۰۰۴، یک سامانه آنتن آرایه فازی در کاربردهای رادار خودرو مفید است. با استفاده از NIMها به عنوان یک لنز دوکاو برای متمرکز کردن امواج مایکروویو، اندازه لوب‌های کناری آنتن کاهش می‌یابد. این معادل کاهش اتلاف انرژی تابش‌شده و پهنای باند مفید نسبتاً گسترده‌تر است. این سامانه یک سامانه رادار آرایه فازی کارآمد با برد دینامیکی است.

علاوه بر این، دامنه سیگنال در سراسر خطوط انتقال میکرواستریپ با معلق نگه داشتن آن‌ها در فاصله‌ای از پیش تعیین‌شده از صفحه زمین افزایش می‌یابد. به عبارت دیگر، آن‌ها در تماس با یک زیرلایه جامد نیستند. تلفات دی‌الکتریک سیگنال به طور قابل توجهی کاهش می‌یابد که باعث کاهش تضعیف سیگنال می‌شود.

این سامانه برای تقویت عملکرد مدار مجتمع مایکروویو یکپارچه (MMIC)، در کنار سایر مزایا طراحی شده است. یک خط انتقال با فوتولیتوگرافی ایجاد می‌شود. یک لنز فراماده، متشکل از یک آرایه سیم نازک، سیگنال‌های ارسالی یا دریافتی را بین خط و عناصر فرستنده / گیرنده متمرکز می‌کند.

لنز همچنین به عنوان یک دستگاه ورودی عمل می‌کند و شامل تعدادی سلول واحد تناوبی است که در طول خط قرار گرفته‌اند. لنز از خطوط متعددی با ساختار یکسان تشکیل شده است؛ یک چندتایی از سلول‌های واحد تناوبی. سلول‌های واحد تناوبی از چندین جزء الکتریکی ساخته شده‌اند؛ خازن‌ها و القاگرها به عنوان اجزای چندین مدار با عناصر توزیع‌شده.

این فراماده یک عنصر انتقال رسانا، یک زیرلایه شامل حداقل یک صفحه زمین اول برای اتصال به زمین عنصر انتقال، چندین مدار سلول واحد که به صورت متناوب در طول عنصر انتقال ترکیب شده‌اند و حداقل یک وایا برای اتصال الکتریکی عنصر انتقال به حداقل صفحه زمین اول را در بر می‌گیرد. همچنین شامل وسیله‌ای برای معلق نگه داشتن این عنصر انتقال در فاصله‌ای از پیش تعیین‌شده از زیرلایه به گونه‌ای است که عنصر انتقال در فاصله دوم از پیش تعیین‌شده‌ای از صفحه زمین قرار گیرد.

### موج‌برها و دستگاه‌های پراکنده‌ساز ENG و MNG

این ساختار برای استفاده در هدایت موج یا پراکندگی امواج طراحی شده است. این ساختار از دو لایه مجاور استفاده می‌کند. لایه اول یک ماده اپسیلون-منفی (ENG) یا یک ماده مو-منفی (MNG) است. لایه دوم یا یک ماده دوگانه مثبت (DPS) است یا یک ماده دوگانه منفی (DNG). به عنوان جایگزین، لایه دوم می‌تواند یک ماده ENG باشد وقتی لایه اول یک ماده MNG است یا برعکس.

### کاهش تداخل

فراماده‌ها می‌توانند تداخل بین چندین دستگاه را با محافظ‌های کوچک‌تر و ساده‌تر کاهش دهند. در حالی که جاذب‌های متعارف می‌توانند سه اینچ ضخامت داشته باشند، فراماده‌ها می‌توانند در محدوده میلی‌متری باشند — به ضخامت ۲ میلی‌متر (۰.۰۷۸ اینچ).

## جستارهای وابسته

* فراماده آکوستیک
* فراماده
* فراماده با ضریب شکست منفی
* فراماده غیر خطی
* فراماده فوتونی
* بلورهای فوتونیکی
* تقویت‌کننده تقسیم‌شونده حلقه‌ای
* سوپرلنز
:::: **کتاب‌ها**
* هندبوک فرامواد

## منابع

### منابع عمومی
*

## پیوند به بیرون
* آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی هوایی ایالات متحده فناوری فراماده‌ای نشان‌داده‌شده، الگوی تابش آنتن را دگرگون می‌کند
* الکترودینامیک موادی با مقادیر هم‌زمان منفی ε و μ  ویکتور جی. وسلاگو.
* شبکه‌های خط انتقال مایکروویو برای رسانه‌های موج پس‌رو و کاهش پراکندگی
* تابش توان از طریق هوا
* NTIA کتابچه مقررات و رویه‌های مدیریت فرکانس رادیویی فدرال. ۲۰۱۱.

رده:انواع آنتن فرکانس رادیویی
رده:فراموادها