Antenen Berrikuspena: Fraktalen Metagainazalen eta Antenen Diseinuaren Berrikuspena

Fraktalen kontzeptua Benoit B. Mandelbrot matematikariak aurkeztu zuen 1970eko hamarkadan, nahiz eta fraktal geometriaren jatorria matematikari askoren aurreko lanetara itzul daitekeen, hala nola Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915), Julia (1918), Fatou (1926) eta Richardson (1953).
Benoit B. Mandelbrotek fraktalen eta naturaren arteko harremana aztertu zuen, fraktal mota berriak sartuz egitura konplexuagoak simulatzeko, hala nola zuhaitzak, mendiak eta kostaldeak. "Fraktal" hitza latinezko "fractus" adjektibotik sortu zuen, "hautsia" edo "hausturatua" esan nahi duena, hau da, hautsitako edo irregularreko piezaz osatua, geometria euklidear tradizionalak sailkatu ezin dituen forma geometriko irregular eta zatikatuak deskribatzeko. Horrez gain, fraktalak sortu eta aztertzeko eredu matematikoak eta algoritmoak garatu zituen, eta horrek Mandelbrot multzo ospetsua sortzea ekarri zuen, ziurrenik eredu konplexu eta infinituki errepikakorrak dituen forma fraktal ospetsuena eta bisualki liluragarriena dena (ikus 1d irudia).
Mandelbroten lanak ez du eragina izan matematikan bakarrik, baizik eta hainbat arlotan ere baditu aplikazioak, hala nola fisikan, ordenagailu bidezko grafikoetan, biologian, ekonomian eta artean. Izan ere, egitura konplexuak eta auto-antzekoak modelatu eta irudikatzeko duten gaitasunari esker, fraktalek aplikazio berritzaile ugari dituzte hainbat arlotan. Adibidez, oso erabiliak izan dira aplikazio-eremu hauetan, eta horiek dira haien aplikazio zabalaren adibide batzuk:
1. Ordenagailu bidezko grafikoak eta animazioa, paisaia natural, zuhaitz, hodei eta ehundura errealistak eta bisualki erakargarriak sortuz;
2. Datuen konpresio-teknologia fitxategi digitalen tamaina murrizteko;
3. Irudien eta seinaleen prozesamendua, irudietatik ezaugarriak ateratzea, ereduak detektatzea eta irudien konpresio eta berreraikuntza metodo eraginkorrak eskaintzea;
4. Biologia, landareen hazkuntza eta garuneko neuronen antolaketa deskribatzen duena;
5. Antenen teoria eta metamaterialak, antena trinkoak/banda anitzekoak eta metagainazal berritzaileak diseinatzea.
Gaur egun, geometria fraktalak erabilera berri eta berritzaileak aurkitzen jarraitzen du hainbat diziplina zientifiko, artistiko eta teknologikotan.
Teknologia elektromagnetikoan (EM), fraktal formak oso erabilgarriak dira miniaturizazioa behar duten aplikazioetarako, antenetatik hasi eta metamaterialetaraino eta maiztasun-gainazal selektiboetaraino (FSS). Antena konbentzionaletan fraktal geometria erabiltzeak haien luzera elektrikoa handitu dezake, eta horrela erresonantzia-egitura osoaren tamaina murriztu. Gainera, fraktal formen auto-antzeko izaerak aproposak bihurtzen ditu banda anitzeko edo banda zabaleko erresonantzia-egiturak gauzatzeko. Fraktalen berezko miniaturizazio gaitasunak bereziki erakargarriak dira islatzaile-matrizeak, faseatutako matrize antenak, metamaterial xurgatzaileak eta metagainazalak diseinatzeko hainbat aplikaziotarako. Izan ere, matrize-elementu oso txikiak erabiltzeak hainbat abantaila ekar ditzake, hala nola, elkarrekiko akoplamendua murriztea edo elementuen arteko tarte oso txikia duten matrizeekin lan egin ahal izatea, horrela eskaneatze-errendimendu ona eta angelu-egonkortasun maila altuagoak bermatuz.
Goian aipatutako arrazoiengatik, fraktalen antenek eta metagainazalek elektromagnetismoaren arloko bi ikerketa-arlo liluragarri dira, azken urteotan arreta handia erakarri dutenak. Bi kontzeptuek uhin elektromagnetikoak manipulatzeko eta kontrolatzeko modu bereziak eskaintzen dituzte, haririk gabeko komunikazioetan, radar sistemetan eta sentsoreetan aplikazio sorta zabalarekin. Beren auto-antzeko propietateek tamaina txikikoak izatea ahalbidetzen diete, erantzun elektromagnetiko bikaina mantenduz. Trinkotasun hori bereziki abantailagarria da espazio mugatuko aplikazioetan, hala nola gailu mugikorretan, RFID etiketetan eta sistema aeroespazialetan.
Antena fraktalen eta metagainazalen erabilerak haririk gabeko komunikazioak, irudiak eta radar sistemak nabarmen hobetzeko ahalmena du, funtzionalitate hobetuko gailu trinko eta errendimendu handikoak ahalbidetzen baitituzte. Horrez gain, geometria fraktala gero eta gehiago erabiltzen ari da materialen diagnostikorako mikrouhin-sentsoreen diseinuan, maiztasun-banda anitzetan funtzionatzeko duen gaitasunagatik eta miniaturizatzeko duen gaitasunagatik. Arlo hauetan egiten ari den ikerketak diseinu, material eta fabrikazio-teknika berriak aztertzen jarraitzen du, haien potentzial osoa lortzeko.
Artikulu honen helburua antena fraktalen eta metagainazalen ikerketa eta aplikazioen aurrerapena berrikustea da, eta dauden antena fraktalen eta metagainazalen arteko konparaketa egitea, haien abantailak eta mugak azpimarratuz. Azkenik, islatzaile-matrize eta metamaterial unitate berritzaileen analisi integrala aurkezten da, eta egitura elektromagnetiko hauen erronkak eta etorkizuneko garapenak eztabaidatzen dira.