Властивості дво- та чотирикоміркових метаматеріальних модулів на основі подвійних стрічок Мебіуса

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347024090036

Ключові слова:

подвійна стрічка Мебіуса, метаматеріал, метакомірка, подвійний негативний метаматеріал, DNG, діелектрична проникність, магнітна проникність, SRR, розрізний кільцевий резонатор, амплітудно-частотна характеристика

Анотація

У статті продовжено дослідження нового типу метаматеріальних комірок, в основі яких лежать подвійні стрічки Мебіуса, які є математичними конструкціями з унікальними властивостями, такими як неорієнтованість та однобічність. Автори дослідили різні варіанти конструкцій, які використовують варіації дизайну та параметрів метаматеріальної комірки. Через складність опису взаємодії між неевклідовою геометрією метаматеріальних комірок та радіохвилями, для аналізу запропонованих конструкцій застосовано методи чисельного моделювання. Дослідження зосереджено на оцінці та порівнянні запропонованих метаматеріальних комірок на основі двох характеристик: діелектричної проникності та магнітної проникності як функцій  частоти. Ці параметри є важливими для визначення ефективності комірок та їх потенційних застосувань.

 

Виявлено, що об’єднання декількох комірок з кільцями на основі подвійних стрічок Мебіуса в одному блоці забезпечує більший ступінь свободи для оптимізації властивостей таких конструкцій порівняно з використанням окремих метакомірок. Попередні дослідження також продемонстрували переваги використання декількох комірок, особливо коли вони розташовані за певною схемою для досягнення бажаних властивостей. Крім того виявлено, що найкращі властивості не обов’язково пов’язані з монолітними блоками з однотипними комірками. Замість цього, комбінування кілець з різними напрямками обертання і орієнтації вирізів призвело до кращих характеристик. Ці результати свідчать про великий потенціал використання таких блоків для створення одношарових або багатошарових метапокриттів, які покривають поверхні будь-якої конфігурації та розміру. Це дослідження надає цінну інформацію про конструкцію та оптимізацію метаматеріальних комірок на основі подвійних стрічок Мебіуса, які можуть мати широкий спектр застосувань у таких галузях, як телекомунікації, акумулювання енергії та сенсорика.

Посилання

  1. V. G. Veselago, “The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ,” Sov. Phys. Uspekhi, vol. 10, no. 4, pp. 509–514, 1968, doi: https://doi.org/10.1070/PU1968v010n04ABEH003699.
  2. V. Veselago, L. Braginsky, V. Shklover, C. Hafner, “Negative refractive index materials,” J. Comput. Theor. Nanosci., vol. 3, no. 2, pp. 189–218, 2006, doi: https://doi.org/10.1166/jctn.2006.3000.
  3. V. Slyusar, “Metamaterials on antenna solutions,” in 2009 IEEE 7th Int. Conf. on Antenna Theory and Techniques (ICATT’09), 2009, pp. 19–24, doi: https://doi.org/10.1109/ICATT.2009.4435103.
  4. V. Slyusar, “Metamaterials in the antenna equipment: basic principles and results,” First Mile, vol. 3, no. 4, pp. 44–60, 2010.
  5. R. Pandeeswari, S. Raghavan, “Microstrip antenna with complementary split ring resonator loaded ground plane for gain enhancement,” Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 57, no. 2, pp. 292–296, 2015, doi: https://doi.org/10.1002/mop.28835.
  6. C. Rockstuhl, C. Menzel, T. Paul, F. Lederer, “Three-dimensional chiral meta-atoms,” arXiv Prepr. arXiv0809.3163, 2008, doi: https://doi.org/10.48550/arXiv.0809.3163.
  7. A. K. Poddar, U. L. Rohde, “Metamaterial Mobius Strips (MMS): Application in resonators for oscillators and synthesizers,” in 2014 IEEE International Frequency Control Symposium (FCS), 2014, pp. 1–9, doi: https://doi.org/10.1109/FCS.2014.6859924.
  8. A. K. Poddar, U. L. Rohde, T. Itoh, “Metamaterial Mobius Strips (MMS): Tunable oscillator circuits,” in 2014 IEEE MTT-S International Microwave Symposium (IMS2014), 2014, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/MWSYM.2014.6848238.
  9. U. L. Rohde, A. K. Poddar, “Mobius strips and metamaterial symmetry: theory and applications,” Microw. J., vol. 57, no. 11, pp. 76–88, 2014, uri: https://www.microwavejournal.com/articles/23303-mbius-strips-and-metamaterial-symmetry-theory-and-applications.
  10. U. L. Rohde, A. K. Poddar, “Metamaterial Mobius strip resonators for tunable oscillators,” Microw. J., vol. 58, no. 1, pp. 64–88, 2015, uri: https://www.microwavejournal.com/articles/23633-metamaterial-mbius-strip-resonators-for-tunable-oscillators.
  11. U. Rohde, A. Poddar, “Mobius metamaterial strips: applications in sensors, frequency source, and RF energy harvesting,” 2022. uri: https://technologieforum.badw.de/fileadmin/members/R/3685/Academy__Presentation_Oct_08_2015.pdf.
  12. U. Rohde, A. Poddar, “Mobius metamaterial inspired next generation circuits and systems,” Microw. J., vol. 59, no. 5, pp. 62–90, 2016, uri: https://www.microwavejournal.com/articles/26457-möbius-metamaterial-inspired-next-generation-circuits-and-systems.
  13. U. Rohde, A. Poddar, “Mobius metamaterial inspired signal sources and sensors,” Microw. J., vol. 59, no. 6, pp. 60–94, 2016, uri: https://www.microwavejournal.com/articles/26593-möbius-metamaterial-inspired-signal-sources-and-sensors.
  14. I. Sliusar, V. Slyusar, Y. Utkin, O. Kopishynska, “Parametric synthesis of 3D structure of SRR element of the metamaterial,” in 2020 IEEE International Conference on Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T), 2020, pp. 577–582, doi: https://doi.org/10.1109/PICST51311.2020.9468067.
  15. T. Brown, “Mobius capacitor,” US Patent US 4599586, 1982.
  16. S. Sheleg, V. Slyusar, I. Sliusar, “Double-negative metamaterial unit cell,” US Design Patent US D937777 S, 2021.
  17. V. Slyusar, I. Sliusar, S. Sheleg, “Double negative metamaterial based on Moebius strip,” J. Microwaves, Optoelectron. Electromagn. Appl., vol. 22, no. 1, pp. 121–139, 2023, doi: https://doi.org/10.1590/2179-10742023v22i1265837.
  18. V. Slyusar, I. Sliusar, S. Sheleg, “Broadband antennas based on the double Moebius strip,” J. Microwaves, Optoelectron. Electromagn. Appl., vol. 21, no. 2, pp. 220–241, 2022, doi: https://doi.org/10.1590/2179-10742022v21i2257150.
  19. Ansys, “3D electromagnetic field simulator for RF and wireless design,” Ansys web-site, 2022. https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss.
  20. С. Банков, А. Курушин, Расчет Антенн и СВЧ Структур с Помощью HFSS Ansoft. Москва: ЗАО НПП Родник, 2009.
  21. D. R. Smith, D. C. Vier, T. Koschny, C. M. Soukoulis, “Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials,” Phys. Rev. E, vol. 71, no. 336617, 2005, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.71.036617.
  22. B. T. T. Center, “Assessment of ultra-wideband (UWB) technology, Contract No. DAAH01-88-C-0131, ARPA Order 6049,” 1990. uri: https://apps.dtic.mil/sti/tr/pdf/ADA233624.pdf.
  23. I. Sliusar, L. Degtyareva, V. Slyusar, S. Voloshko, A. Zinchenko, “Synthesis of quasi-fractal ring antennas,” in 2019 IEEE International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T), 2019, pp. 741–744, doi: https://doi.org/10.1109/PICST47496.2019.9061286.
  24. I. Sliusar, V. Slyusar, S. Voloshko, L. Degtyareva, “Antenna synthesis based on fractal approach and DRA technologies,” in 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2019, pp. 29–34, doi: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2019.8879953.
  25. J. Ernest, “Moebius strip,” Art UK web-site, 2022. https://artuk.org/discover/artists/ernest-john-19221994.
  26. I. Sliusar, S. Voloshko, V. Slyusar, V. Smolyar, “Synthesis of quasi-fractal hemispherical dielectric resonator antennas,” in 2018 International Scientific-Practical Conference Problems of Infocommunications. Science and Technology (PIC S&T), 2018, pp. 313–316, doi: https://doi.org/10.1109/INFOCOMMST.2018.8632087.
  27. A. A. Basharin et al., “Dielectric metamaterials with toroidal dipolar response,” Phys. Rev. X, vol. 5, no. 111036, 2015, doi: https://doi.org/10.1103/PhysRevX.5.011036.
  28. W. Luo, S. Yan, J. Zhou, “Ceramic‐based dielectric metamaterials,” Interdiscip. Mater., vol. 1, no. 1, pp. 11–27, 2022, doi: https://doi.org/10.1002/idm2.12012.
  29. А. А. Кириленко et al., “Вращение плоскости поляризации двуслойными плоско-киральными структурами. Обзор результатов теоретических и экспериментальных исследований,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 60, no. 5, pp. 245–261, 2017, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347017050016.
  30. К. Инамдар, Е. П. Коста, С. С. Патнаик, “Микрополосковая антенна на подложке из перекрестного метаматериала с улучшенными усилением и широкополосностью,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 58, no. 2, pp. 26–35, 2015, doi: https://doi.org/10.20535/S002134701502003X.
  31. П. Каур, С. К. Агарвал, А. Де, “Улучшение характеристик прямоугольной микрополосковой антенны с помощью двойного H-образного метаматериала,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 11, pp. 29–36, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016110030.
  32. В. І. Слюсар, І. Слюсарь, С. Шелег, “Патч-антени на основі мікро QR-кодів,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 66, no. 5, pp. 293–304, 2023, doi: https://doi.org/10.20535/S002134702307004X.
  33. П. Давар, А. Де, Н. С. Рагхава, “Сверхширокополосная патч-антенна направленного действия с использованием S-образного метаматериала,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 61, no. 9, pp. 508–521, 2018, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347018090029.
Чотири надруковані метакомірки перед постобробкою

##submission.downloads##

Опубліковано

2024-07-25 — Оновлено 2024-07-25

Як цитувати

Слюсар, В. І., Слюсарь, І. І., & Шелег, С. (2024). Властивості дво- та чотирикоміркових метаматеріальних модулів на основі подвійних стрічок Мебіуса. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 67(7), 402–417. https://doi.org/10.20535/S0021347024090036

Номер

Том 67 № 7 (2024): Антени

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2024 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.