ანტენის მიმოხილვა: მიმოხილვა ფრაქტალური მეტა ზედაპირისა და ანტენის დიზაინის შესახებ

ფრაქტალების ცნება შემოიღო მათემატიკოსმა ბენუა ბ. მანდელბროტმა 1970-იან წლებში, თუმცა ფრაქტალის გეომეტრიის სათავე შეიძლება მრავალი მათემატიკოსის ადრინდელ ნაშრომებში, როგორიცაა კანტორი (1870), ფონ კოხი (1904), სიერპინსკი (1915) ), ჯულია (1918), ფატუ (1926) და რიჩარდსონი (1953).
ბენუა ბ. მანდელბროტმა შეისწავლა ურთიერთობა ფრაქტალებსა და ბუნებას შორის ახალი ტიპის ფრაქტალების შემოღებით უფრო რთული სტრუქტურების სიმულაციისთვის, როგორიცაა ხეები, მთები და სანაპირო ზოლები. მან გამოიგონა სიტყვა "ფრაქტალი" ლათინური ზედსართავი სახელიდან "fractus", რაც ნიშნავს "გატეხილს" ან "გატეხილს", ანუ შედგენილი გატეხილი ან არარეგულარული ნაწილებისგან, რათა აღეწერა არარეგულარული და ფრაგმენტული გეომეტრიული ფორმები, რომლებიც არ შეიძლება კლასიფიცირებული იყოს ტრადიციული ევკლიდური გეომეტრიით. გარდა ამისა, მან შეიმუშავა მათემატიკური მოდელები და ალგორითმები ფრაქტალების გენერირებისა და შესწავლისთვის, რამაც გამოიწვია ცნობილი მანდელბროტის ნაკრების შექმნა, რომელიც ალბათ ყველაზე ცნობილი და ვიზუალურად მომხიბლავი ფრაქტალის ფორმაა რთული და უსასრულოდ განმეორებადი შაბლონებით (იხ. სურათი 1d).
მანდელბროტის ნამუშევრებმა არა მხოლოდ გავლენა მოახდინა მათემატიკაზე, არამედ აქვს გამოყენება სხვადასხვა სფეროებში, როგორიცაა ფიზიკა, კომპიუტერული გრაფიკა, ბიოლოგია, ეკონომიკა და ხელოვნება. სინამდვილეში, რთული და მსგავსი სტრუქტურების მოდელირებისა და წარმოდგენის უნარის გამო, ფრაქტალებს აქვთ მრავალი ინოვაციური გამოყენება სხვადასხვა სფეროში. მაგალითად, ისინი ფართოდ გამოიყენეს შემდეგი გამოყენების სფეროებში, რაც მათი ფართო გამოყენების მხოლოდ რამდენიმე მაგალითია:
1. კომპიუტერული გრაფიკა და ანიმაცია, რეალისტური და ვიზუალურად მიმზიდველი ბუნებრივი პეიზაჟების, ხეების, ღრუბლების და ტექსტურების გენერირება;
2. მონაცემთა შეკუმშვის ტექნოლოგია ციფრული ფაილების ზომის შესამცირებლად;
3. გამოსახულების და სიგნალის დამუშავება, სურათების მახასიათებლების ამოღება, შაბლონების აღმოჩენა და გამოსახულების შეკუმშვისა და რეკონსტრუქციის ეფექტური მეთოდების უზრუნველყოფა;
4. ბიოლოგია, რომელიც აღწერს მცენარეთა ზრდას და ტვინში ნეირონების ორგანიზებას;
5. ანტენის თეორია და მეტამატერიალები, კომპაქტური/მრავალზოლიანი ანტენების და ინოვაციური მეტაზედაპირების დაპროექტება.
ამჟამად, ფრაქტალური გეომეტრია აგრძელებს ახალი და ინოვაციური გამოყენების პოვნას სხვადასხვა სამეცნიერო, მხატვრულ და ტექნოლოგიურ დისციპლინებში.
ელექტრომაგნიტურ (EM) ტექნოლოგიაში, ფრაქტალის ფორმები ძალიან სასარგებლოა აპლიკაციებისთვის, რომლებიც საჭიროებენ მინიატურიზაციას, ანტენებიდან მეტამასალებსა და სიხშირის შერჩევით ზედაპირებამდე (FSS). ჩვეულებრივ ანტენებში ფრაქტალის გეომეტრიის გამოყენებამ შეიძლება გაზარდოს მათი ელექტრული სიგრძე, რითაც შეამციროს რეზონანსული სტრუქტურის საერთო ზომა. გარდა ამისა, ფრაქტალის ფორმების მსგავსი ბუნება მათ იდეალურს ხდის მრავალზოლიანი ან ფართოზოლოვანი რეზონანსული სტრუქტურების რეალიზაციისთვის. ფრაქტალების თანდაყოლილი მინიატურიზაციის შესაძლებლობები განსაკუთრებით მიმზიდველია რეფლექსური მასივების, ეტაპობრივი მასივის ანტენების, მეტამატერიალური შთანთქმის და მეტაზედაპირების შესაქმნელად სხვადასხვა აპლიკაციებისთვის. სინამდვილეში, მასივის ძალიან მცირე ელემენტების გამოყენებამ შეიძლება მოიტანოს რამდენიმე უპირატესობა, როგორიცაა ურთიერთდაწყვილების შემცირება ან ელემენტების ძალიან მცირე მანძილის მქონე მასივებთან მუშაობის შესაძლებლობა, რაც უზრუნველყოფს სკანირების კარგ შესრულებას და კუთხის სტაბილურობის მაღალ დონეს.
ზემოთ ნახსენები მიზეზების გამო, ფრაქტალური ანტენები და მეტაზედაპირები წარმოადგენენ ელექტრომაგნიტიკის სფეროში ორ მომხიბვლელ კვლევით სფეროს, რომლებმაც დიდი ყურადღება მიიპყრო ბოლო წლებში. ორივე კონცეფცია გვთავაზობს ელექტრომაგნიტური ტალღების მანიპულირებისა და კონტროლის უნიკალურ გზებს, აპლიკაციების ფართო სპექტრით უსადენო კომუნიკაციებში, რადარის სისტემებში და ზონდირებაში. მათი მსგავსი თვისებები საშუალებას აძლევს მათ იყვნენ მცირე ზომის და შეინარჩუნონ შესანიშნავი ელექტრომაგნიტური რეაქცია. ეს კომპაქტურობა განსაკუთრებით ხელსაყრელია სივრცეში შეზღუდულ აპლიკაციებში, როგორიცაა მობილური მოწყობილობები, RFID ტეგები და საჰაერო კოსმოსური სისტემები.
ფრაქტალური ანტენების და მეტაზედაპირების გამოყენებას აქვს პოტენციალი მნიშვნელოვნად გააუმჯობესოს უკაბელო კომუნიკაციები, გამოსახულება და რადარის სისტემები, რადგან ისინი უზრუნველყოფენ კომპაქტურ, მაღალი ხარისხის მოწყობილობებს გაუმჯობესებული ფუნქციონირებით. გარდა ამისა, ფრაქტალის გეომეტრია სულ უფრო ხშირად გამოიყენება მიკროტალღური სენსორების დიზაინში მატერიალური დიაგნოსტიკისთვის, მრავალი სიხშირის დიაპაზონში მოქმედების უნარისა და მინიატურიზაციის უნარის გამო. ამ სფეროებში მიმდინარე კვლევები აგრძელებს ახალი დიზაინის, მასალების და წარმოების ტექნიკის შესწავლას მათი სრული პოტენციალის რეალიზაციისთვის.
ეს ნაშრომი მიზნად ისახავს მიმოიხილოს ფრაქტალის ანტენების და მეტაზედაპირების კვლევისა და გამოყენების პროგრესი და შეადაროს არსებული ფრაქტალზე დაფუძნებული ანტენები და მეტაზედაპირები, ხაზს უსვამს მათ უპირატესობებსა და შეზღუდვებს. და ბოლოს, წარმოდგენილია ინოვაციური რეფლექსური მასივების და მეტამატერიალური ერთეულების ყოვლისმომცველი ანალიზი და განხილულია ამ ელექტრომაგნიტური სტრუქტურების გამოწვევები და მომავალი განვითარება.