Academic literature on the topic 'Метаматеріал'

Спроектирована RFID-метка, подложкой которой является метаматериал, имеющий относительную диэлектрическую проницаемость, равную 27. Предложена модель метаматериала, а также методика оценки его диэлектрической проницаемости.

В даній роботі приведений результат пошуку робіт в іноземних наукових журналах і сформована хронологія розвитку області знань «Акустичні метаматеріали». Зібрані дані про останні дослідження і досягнення в галузі вивчення акустичних метаматеріалів. Коротко

Рассматривается метаматериал, который интегрирован в конструкцию пирамидальной рупорной антенны. Коммутация узлов метаматериала позволяет осуществлять управление диаграммой направленности рассматриваемой антенны. Для замыкания узлов в решетке метаматериала применяются pin-диоды, которые имеют в открытом состоянии эквивалентную схему, представляющую собой последовательное соединение сопротивления 2,1 Ом и индуктивности 0,6 нГн. Предложенная конструкция позволяет добиться управления характеристиками диаграммы направленности рассматриваемой антенны в широких пределах. Управление характеристиками антенн путем применения метаматериалов различных конструкций является передовым методом управления характеристиками излучателя. Для получения результатов применялось электродинамическое моделирование в специализированном программном обеспечении, на основе полученных результатов были построены диаграммы направленности в диапазоне работы рупорной антенны. Приведены результаты моделирования в виде трехмерных моделей исследуемых конструкций метаматериала, коммутируемых узлов; диаграммы направленности полученных антенн, на которых были определены изменения, вносимые коммутируемыми линиями метаматериала. Наибольшее изменение картин диаграмм направленности наблюдалось на частотах 13 и 14 ГГц, входящих в целевой диапазон работ рупорной антенны, основные исследования производились в H-плоскости рупора, так как коммутации подвергались вертикальные линии метаматериала The article discusses a metamaterial that is integrated into the structure of a pyramidal horn. Switching the nodes of the metamaterial allows you to control the radiation pattern of the antenna in question. To close the nodes in the lattice of the metamaterial, pin diodes are used, which in the open state have an equivalent circuit, which is a series connection of a resistance of 2.1 Ohm and an inductance of 0.6 nH. The proposed design makes it possible to achieve control over the characteristics of the radiation pattern of the antenna in question over a wide range. Antenna control by the use of metamaterials of various designs is an advanced method of a beam control. To obtain the results, electrodynamic modeling was used in specialized software, on the basis of the results obtained, directional patterns were constructed in the operating range of the horn antenna. The article presents the results of modeling in the form of three-dimensional models of the investigated metamaterial structures, switched nodes; directional diagrams of the received antennas, on which the changes introduced by the switched lines of the metamaterial were determined. The greatest change in the patterns of radiation patterns was observed at frequencies of 13 and 14 GHz, included in the target range of the horn antenna, the main studies were carried out in the H-plane of the horn, since the vertical lines of the metamaterial were subjected to commutation

Роботу присвячено дослідженню методів удосконалення оптичних біосенсорних приладів на основі поверхневого плазмонного резонансу та поверхнево-посиленому комбінаційному розсіюванні (SERS) при застосуванні гібридних наноструктур і метаматеріалів. Розглянуто схеми використання гібридних магнітно-плазмонних наночастинок, біметалевих і діелектричних багатошарових плівок, дифракційних структур, CD дисків і Фано-резонансних метаматеріалів.

Смоделирована антенна в комплексе с метаматериалом, имеющим относительную диэлектрическую проницаемость, равную 81,5. Предложена модель метаматериала, а также методика оценки его диэлектрической проницаемости. The paper presents an antenna simulated in combination with a metamaterial having a relative dielectric constant of 81.5. A metamaterial model has been proposed, as well as a method for estimating its dielectric constant.

Metamaterial is a composite material whose properties are not so much caused by the properties of its constituent elements as artificial periodic structure of macroscopic elements having arbitrary size and shape. Artificial periodic structure within the metamaterial modifies its dielectric and magnetic permeability, which allows to control the laws of dispersion, reflection and refraction electromagnetic waves in metamaterials.

Metamaterials make a wide class of artificial composites, characterized by features that are hardly achievable technologically and unattainable in nature materials. These features, such as negative group velocity of EM wave and thus refraction index, are obtained due to simultaneously negative effective permittivity and permeability. The major classes of these composites are single negative materials (SNG), double negative materials (DNG), and electronic bandgap materials (EBG) or photonic crystals [1]. Permittivity and permeability depend on frequency, so there are RF MTMs (including microwave), terahertz, optical etc.

В останні роки поява нових напрямків розвитку нанотехнологій, надає нові можливості для вдосконалення електродинамічних систем приладів терагерцового діапазону за рахунок бурхливого розвитку фізики та техніки композиційних матеріальних середовищ – метаматеріалів. Такі матеріали є штучними періодичними структурами, здатними до модифікації діелектричної і магнітної проникностей, що дозволяє керувати законами дисперсії, заломлення та відбиття електромагнітних хвиль, та робить актуальним теоретичне та експериментальне дослідження таких систем.

Метаматеріали синтезуються введенням у природній матеріал періодичних структур різних геометричних форм, які модифікують властивості початкового матеріалу. Пористий метаекран, тобто один шар газових включень в пластичну і тверду речовину, може бути змодельований у вигляді відкритого резонатора акустичної хвилі, поведінка якого описується певними аналітичними виразами. Розрахунок параметрів поздовжньої хвилі у такій структурі доволі складний. Проте не так давно була запропонована відносно проста модель для розрахунку коефіцієнтів пропускання і відбивання УЗ-хвиль від одного шару пор метаекрану, яка була нами експериментально підтверджена для ряду газонаповнених полімерних матеріалів.

Питання дослідження електрофізичних характеристик метаматеріальних структур НВЧ діапазону частот хвиль на сьогоднішній день є актуальними і дозволяють знаходити нові шляхи створення елементної бази НВЧ з поліпшеними характеристиками.

У роботі розглядається задача розсіювання гауссового пучка на плоскопаралельному шарі з метаматеріалу. Основний метод розв'язання задачі – спектральний.Для моделювання взаємодії гауссового пучка з матеріальними середовищами обраний метод, заснований на розкладанні поля пучка в кутовий спектр по плоским хвилях.

Дана дисертація присвячена теоретичному й експериментальному дослідженню ефективних електродинамічних властивостей двокомпонентних метало-діелектрич-них метаматеріалів у надвисокочастотному (НВЧ) діапазоні, а також створенню кон-цепції мініатюризації мікросмужкових прямокутних антен НВЧ-діапазону з підклад-ками на основі зазначених метаматеріалів із поліпшеними характеристиками ближ-нього і далекого полів. Розглянуті в дисертації метаматеріали являють собою ізотропні діелектрики (матриці) з періодично вбудованими в них металевими включеннями циліндричної або сферичної форми. У дисертації були окремо розглянуті випадки немагнітних (мідних) металевих включень і феромагнітних (залізовмісних) металевих включень. У другому випадку розглядалися режими повного та часткового намагнічування фе-ромагнітних включень під дією зовнішнього постійного магнітного поля з позицій розповсюдження електромагнітних хвиль як у напрямку зовнішнього магнітного поля, так й перендикулярно до цього напрямку. Дисертація складається з шести розділів. Перший розділ присвячений огляду літератури за темою дисертації та обґрунту-ванню вибору напрямку дослідження, його мети, а також завдань, які необхідно розв’язати для досягнення мети. Другий розділ дисертації присвячений створенню теорії ефективного середо-вища для безмежного ізотропного діелектрика з періодично вбудованими в нього не-магнітними металевими включеннями циліндричної і сферичної форми. Уперше отримані мікрохвильові наближення для ефективних електромагнітних відгуків для таких композитних середовищ. Уперше показано, що в НВЧ-діапазоні ці композитні середовища мають приріст ефективної відносної діелектричної проник-ності і діамагнітну ефективну відносну магнітну проникність, а також володіють ни-зькими як діелектричними, так і магнітними втратами. Уперше дано фізичне пояснення явища приросту ефективної відносної діелект-ричної проникності та явища діамагнітної ефективної відносної магнітної проникно-сті для розглянутих в даному розділі безмежних немагнітних мета матеріалів. Третій розділ дисертації присвячений експериментальному підтвердженню тео-рії, створеної у другому розділі. З цією метою було виготовлено композитні матеріали у вигляді діелектричних матриць паралелепіпедної форми з періодично вбудованими в них металевими включеннями циліндричної форми. Також даний розділ присвячений вимірюванням ефективних проникностей та-ких метаматеріалів. У розділі розроблений і практично апробований новий та недо-рогий метод вимірювання ефективних проникностей метаматеріалів. Уперше експе-риментально показано, що метаматеріали у вигляді діелектричних матриць правиль-ної форми з періодично вбудованими в них металевими включеннями циліндричної форми мають такі властивості:– приріст дійсної частини ефективної відносної діелектричної проникності і діамагнітний характер дійсної частини ефективної відносної магнітної проникності; – приріст дійсної частини ефективної відносної діелектричної і магнітної проникностей у випадку феромагнітних металевих включень; – такі метаматеріали можуть бути використані для поліпшення характеристик дале-кого поля мікросмужкової антени при повному покритті її випромінювального еле-менту (патча) цими матеріалами; – S-параметри даних метаматеріалів містять аномальні піки, що є обумовлені розмірним резонансом. Четвертий розділ дисертації присвячено аналітичному дослідженню в НВЧ-діапазоні ефективних електродинамічних параметрів шаруватих метал-діелектрич-них композитів та розробці чисельно-аналітичного алгорітму пошарової декомпо-зиції плоских композитних/метаматеріальних середовищ. Показано, що плоскі метало-діелектричні композитні середовища характеризу-ються приростом дійсної частини ефективної відносної діелектричної проникності і діамагнітною дійсною частиною ефективної відносної магнітної проникності, при-чому дані ефекти виявляються сильнішими, якщо в композиті можна виділити елеме-нтарну комірку, тобто якщо композит є метаматеріалом. П'ятий розділ присвячено створенню теорії ефективного середовища для безмежного ізотропного діелектрика з періодично вбудованими в нього феромагнітними металевими включеннями циліндричної і сферичної форм, намагнічений повністю або частково під дією зовнішнього постійного магнітного поля. Уперше отримані тензори ефективної магнітної проникності для таких магнітних метаматеріалів. Уперше показано, що метаматеріали в НВЧ-діапазоні мають такі властивості: – при повній магнетизації включень розповсюдження електромагнітної (ЕМ) хвилі в напрямку зовнішнього намагнічування або в напрямку, що є перпендикулярним до зовнішнього намагнічування, характеризується тим, що тангенс кута магнітних втрат поза резонансів коливається в межах 3 1 10 10  для циліндричних включень і є на два порядки вищим для сферичних включень; – при частковому намагнічуванні включень елементи тензора ефективної магнітної проникності мають малі магнітні втрати, причому в разі циліндричних включень такі втрати на два порядки вище, ніж в разі сферичних втрат; – при частковому намагнічуванні включень розповсюдження ЕМ-хвилі в напрямку зовнішнього намагнічування або в напрямку, шо є перпендикулярним до зовнішнього намагнічування, характеризується тим, що тангенс кута магнітних втрат поза резонансів коливається в межах 8 1 10 10  ; – як при частковому, так і при повному намагнічуванні включень, в залежності від напрямку розповсюдження ЕМ-хвилі, у розглянутих метаматеріальних середовищах виявляються ефекти, що супроводжуються: а) приростом дійсної частини ефективної відносної магнітної проникності; б) ультранизькими значеннями дійсної частини ефективного коефіцієнта заломлення; в) негативними значеннями дійсної частини ефективної відносної магнітної проникності. Теоретичні результати якісно підтверджуються експериментальними резуль- татами, які було отримано для феромагнітних включень і відображено в третьому розділі. У даному розділі також уперше отримано умова відсутності втрат у слабкому полі для композитних магнітних середовищ у вигляді безмежного ізотропного діеле- ктрика з періодично вбудованими у нього частково намагнічених металевих ферома- гнітних включень циліндричної і сферичної форми. Уперше показано, що при різних значеннях зовнішнього постійного магнітного поля дані магнітні метаматеріали можуть замикати проходження монохроматичних компонентів НВЧ-хвилі, забезпечувати її повне проходження в заданому діапазоні частот або інвертувати її фазу. Отримані вище результати дозволяють використовувати досліджувані магнітні метаматеріали для синтезу штучних феритів НВЧ-діапазону, які можуть бути вико- ристані для: – створення метаферитних ізоляторів, метаферитних фазообертачів і метаферитних циркуляторів НВЧ-діапазону; – створення керованих метаповерхонь НВЧ діпазону; – створення альтернативних до вже існуючих НВЧ-фільтрів, конверторів і ретрансляторів/транспондерів ЕМ-хвиль; – створення компактних бездротових систем передачі електромагнітної енергії в НВЧ-діапазоні з високими значеннями коефіцієнта корисної дії. Шостий розділ дисертації присвячено розробці принципів мініатюризації мікросмужкових прямокутних антен НВЧ-діапазону з подальшим поліпшенням ха- рактеристик ближнього та далекого полів таких антен. Уперше показано, що можна домогтися суттєвої мініатюризації профілю пря-мокутної мікросмужкової антени і поліпшення її коефіцієнта посилення за потуж-ністю і коефіцієнта корисної дії при використанні в якості підкладки метаматеріалів або композитів з приростом ефективної відносної діелектричної проникності і/або ефективної відносної магнітної проникності. Причому, поліпшення даних параметрів антен також відбувається при збільшенні кількості метаматеріальних шарів у випадку композитних підкладок, при збереженні об'ємного профілю антени. У даному розділі вперше отримані основні співвідношення між резонансною ча-стотою хвилі і бажаною товщиною метаматеріальної підкладки антени або резонанс-ною довжиною хвилі і бажаним значенням ефективної відносної діелектричної про-никності метаматеріальної підкладкою в припущенні мінімально можливого об'ємного профілю антени з немагнітною підкладкою з приростом ефективної віднос-ної діелектричної проникності. Також у даному розділі вперше показано, що при заміні діелектричної підкладки на метаматеріальну підкладку з приростом ефективної відносної діелек-тричної проникності або ефективної відносної магнітної проникності інтенсивність полів у ближній зоні істотно зменшується, що відкриває широкі перспективи для використання таких метаматеріальних антен у мобільному зв'язку, а також при ви-робництві гаджетів. При цьому, найбільш корисним виявляється використання ба-гатошарових немагнітних композитних підкладок, що містять один магнітний мета-матеріальний шар.