Antenna Review: Fractal Metasurfaces eta Antenen Diseinuaren berrikuspena

Fraktalen kontzeptua Benoit B. Mandelbrot matematikariak sartu zuen 1970eko hamarkadan, nahiz eta geometria fraktalaren jatorria matematikari askoren lehen lanetan aurki daitekeen, hala nola Cantor (1870), von Koch (1904), Sierpinski (1915). ), Julia (1918), Fatou (1926) eta Richardson (1953).
Benoit B. Mandelbrotek fraktalen eta naturaren arteko erlazioa aztertu zuen fraktal mota berriak sartuz egitura konplexuagoak simulatzeko, hala nola zuhaitzak, mendiak eta kostaldeak. "Fraktal" hitza latinezko "fractus" izenondotik sortu zuen, "hautsita" edo "haustura" esan nahi duena, hau da, zati hautsiz edo irregularrez osatua, geometria euklidear tradizionalaren arabera sailkatu ezin diren forma geometriko irregularrak eta zatikatuak deskribatzeko. Horrez gain, fraktalak sortzeko eta aztertzeko eredu eta algoritmo matematikoak garatu zituen, eta Mandelbrot multzo ospetsua sortu zen, hau da, ziurrenik, eredu konplexu eta infinitu errepikatzen dituen fraktal forma ospetsuena eta ikusmen liluragarriena dena (ikus 1d. irudia).
Mandelbroten lanak matematikan eragina izan ez ezik, hainbat arlotan ere baditu aplikazioak, hala nola fisikan, konputagailu grafikoan, biologian, ekonomian eta artean. Izan ere, egitura konplexu eta autoantzekoak modelatzeko eta irudikatzeko duten gaitasuna dela eta, fraktalek aplikazio berritzaile ugari dituzte hainbat esparrutan. Esaterako, oso erabiliak izan dira aplikazio-eremu hauetan, hauen aplikazio zabalaren adibide batzuk baino ez direnak:
1. Ordenagailu bidezko grafikoak eta animazioak, paisaia natural, zuhaitzak, hodeiak eta ehundura errealistak eta ikusmen erakargarriak sortuz;
2. Datuen konpresioaren teknologia fitxategi digitalen tamaina murrizteko;
3. Irudiak eta seinaleak prozesatzea, irudietatik ezaugarriak ateratzea, ereduak detektatzea eta irudien konpresio eta berreraikuntza metodo eraginkorrak ematea;
4. Biologia, landareen hazkuntza eta garuneko neuronen antolaketa deskribatuz;
5. Antenen teoria eta metamaterialak, antena trinkoak/banda anitzekoak eta metagainazal berritzaileak diseinatuz.
Gaur egun, geometria fraktalak erabilera berri eta berritzaileak aurkitzen jarraitzen du hainbat diziplina zientifiko, artistiko eta teknologikotan.
Teknologia elektromagnetikoan (EM), forma fraktalak oso erabilgarriak dira miniaturizazioa behar duten aplikazioetarako, antenak hasi eta metamaterialetara eta maiztasun hautazko gainazaletara (FSS). Antena konbentzionaletan geometria fraktala erabiltzeak haien luzera elektrikoa handitu dezake, horrela egitura erresonantearen tamaina orokorra murriztuz. Horrez gain, forma fraktalen antzeko izaerak aproposak bihurtzen ditu banda anitzeko edo banda zabaleko erresonantzia-egiturak egiteko. Fraktalen berezko miniaturizazio gaitasunak bereziki erakargarriak dira erreflekto-arrayak, fase faseko antenak, metamaterial xurgatzaileak eta metagainazalak hainbat aplikaziotarako diseinatzeko. Izan ere, array-elementu oso txikiak erabiltzeak hainbat abantaila ekar ditzake, hala nola, elkarren arteko akoplamendua murriztea edo elementuen tartea oso txikia duten arrayekin lan egin ahal izatea, horrela eskaneatzeko errendimendu ona eta angelu-egonkortasun-maila handiagoak bermatuz.
Arestian aipatutako arrazoiengatik, fraktalen antena eta metagainazalek azken urteotan arreta handia erakarri duten elektromagnetismoaren alorreko bi ikerketa-esparru liluragarri adierazten dituzte. Bi kontzeptuek uhin elektromagnetikoak manipulatzeko eta kontrolatzeko modu paregabeak eskaintzen dituzte, hari gabeko komunikazioetan, radar sistemetan eta sentsoreetan aplikazio sorta zabalarekin. Beren antzeko propietateek tamaina txikikoak izatea ahalbidetzen dute, erantzun elektromagnetiko bikaina mantenduz. Trinkotasun hori bereziki onuragarria da espazioan mugatutako aplikazioetan, hala nola gailu mugikorretan, RFID etiketetan eta sistema aeroespazialetan.
Antena fraktalen eta metagainazalen erabilerak hari gabeko komunikazioak, irudiak eta radar sistemak nabarmen hobetzeko aukera du, funtzionaltasun hobeak dituzten errendimendu handiko gailu trinkoak ahalbidetzen baitituzte. Gainera, geometria fraktala gero eta gehiago erabiltzen da materialen diagnostikorako mikrouhin-sentsoreen diseinuan, maiztasun-banda anitzetan funtzionatzeko duen gaitasunagatik eta miniaturizatzeko duen gaitasunagatik. Arlo hauetan egiten ari diren ikerketek diseinu, material eta fabrikazio teknika berriak aztertzen jarraitzen dute haien potentzial osoa gauzatzeko.
Artikulu honek fraktalen antena eta metagainazalen ikerketa eta aplikazioaren aurrerapena berrikustea eta lehendik dauden fraktalen oinarritutako antena eta metagainazalak alderatzea du helburu, haien abantailak eta mugak nabarmenduz. Azkenik, erreflektore eta metamaterial unitate berritzaileen azterketa integrala aurkezten da, eta egitura elektromagnetiko horien erronkak eta etorkizuneko garapenak eztabaidatzen dira.