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

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.

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.

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.

V. Slyusar, “Metamaterials in the antenna equipment: basic principles and results,” First Mile, vol. 3, no. 4, pp. 44–60, 2010.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

T. Brown, “Mobius capacitor,” US Patent US 4599586, 1982.

S. Sheleg, V. Slyusar, I. Sliusar, “Double-negative metamaterial unit cell,” US Design Patent US D937777 S, 2021.

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.

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.

Ansys, “3D electromagnetic field simulator for RF and wireless design,” Ansys web-site, 2022. https://www.ansys.com/products/electronics/ansys-hfss.

С. Банков, А. Курушин, Расчет Антенн и СВЧ Структур с Помощью HFSS Ansoft. Москва: ЗАО НПП Родник, 2009.

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.

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.

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.

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.

J. Ernest, “Moebius strip,” Art UK web-site, 2022. https://artuk.org/discover/artists/ernest-john-19221994.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

Опубліковано

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

Розділ

Оригінальні статті