ФРАКТАЛЬНАЯ ПАТЧ-АНТЕННА

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к системам с фрактальным свойствами, и может быть использована в качестве самостоятельного излучателя или элемента фазированной непериодической решетки, учитывающего его симметрию.
Прототипом предлагаемой полезной модели является устройство [Патент US 6127977, опубл. 03.10.2000.], представляющее собой микрополосковую патч-антенну, выполненную из плоской диэлектрической подложки, имеющей на одной поверхности проводниковую фрактальную структуру (излучатель), и на другой поверхности проводящий слой, который может иметь фрактальную структуру (отражатель).
К недостаткам данного устройства можно отнести:
1. не может использоваться в нано-электронике в связи с размерами превышающими нано-метровый масштаб;
2. невозможность управления полем излучателя, т.к. не учитывается его геометрическая симметрия.
Технической задачей полезной модели является расширение спектра возможностей применения в связи с переходом на нано-метровый уровень и учетом геометрической симметрии структуры излучателя.
Поставленная техническая задача достигается тем, что во фрактальном приемно-передающем устройстве, содержащем плоскую диэлектрическую подложку, имеющую на одной поверхности проводящую фрактальную структуру (излучатель), а на другой поверхности проводящий слой (отражатель), в качестве проводящей фрактальной структуры излучателя использованы нано-кристаллические зародыши проводника.
2
1
2
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 показан срез модели приемно-передающего устройства, где 1 - диэлектрическая подложка, которая может быть выполнена из галита, фторопласта или др.; 2 - излучатель, выполненный из нано-кристаллических зародышей проводника, например меди, серебра или др.; 3 - отражатель, представляющий собой слой проводника, например меди, серебра или др. На фиг.2 показана модель основного элемента устройства, представляющий собой нано-размерную структуру - квантовую точку (кристаллический кластер меди), состоящий из атомных сфер, собранных по закону 10n+2 (кубический кубооктаэдр) и межмолекулярные координационные связи на поверхности. Процедуру «роста» фрактальной структуры можно представить с помощью операции математической свертки функций. Геометрический смысл свертки представляет собой копирование точек одной функции φ (x,y) по точкам другой φ (х,у). В интегральном представлении записывается следующим образом:
1
2
, или ρ=φ⊗φ
8
2
2
Введя операцию поворота L точечной структуры на угол 45º, как элемент группы поворотов оси восьмого порядка, а также коэффициент увеличения (гомотетии) k при переходе от структуры точек функции φ к kφ, любую итерацию построения фрактальной структуры можно представить следующим образом:
Третья итерация процедуры сборки фрактальной структуры с симметрией оси 4-го порядка представлена на фиг.3.
Общеизвестно, что ширина полосы пропускания патч-антенны сильно зависит от расстояния между проводящими поверхностями. Чем тоньше подложка, тем меньше энергии излучается и больше запасается в емкости и индуктивности и тем выше добротность антенны. Полосу пропускания антенны можно оценить по формуле:
O
rad
где d - расстояние между проводящими поверхностями, W - ширина излучателя (обычно половина длины волны), Z - импеданс воздушного промежутка между излучателем и отражателем, R - сопротивление излучения антенны. Относительная полоса пропускания антенны линейно зависит от ее толщины. Поэтому, переход на нано-метровый уровень улучшает указанные выше характеристики излучателя.
Для достижения положительного результата в устройстве реализован механизм сборки наноструктур с использованием технологий атомно-силовой микроскопии на принципах согласования физико-химических и геометрических параметров связи элементов фрактальной структуры излучателя, в виде квантовых точек, и поверхности диэлектрика (фиг.4).
Геометрическое согласование периодов решеток и поверхностных связей проводящего и диэлектрического слоев является основным критерием при выборе материалов. В представленной модели (фиг.4) периоды решеток проводящего слоя (меди) с кубической симметрией (Fm3m) и диэлектрика (Nad) так же (Fm3m), с небольшой погрешностью, относятся как целые числа.
Технико-экономическим преимуществом заявляемой полезной модели является расширение возможностей использования кристаллических зародышей наноструктур при создании радиосистем на нано-уровне.
Таким образом, реализация модели приемно-передающего устройства на нано-уровне открывает новые технические возможности создания управляемых систем микро- и нано-электроники с улучшенными характеристиками излучателя.