Управляемый разветвитель на основе планарного гиперболического метаматериала
Рубрика:
| Миляев, МА, Недух, СВ, Тарапов, СИ |
Organization:
Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова НАН Украины Харьковский национальный университет имени В.Н. Каразина Харьковский национальный университет радиоэлектроники |
| https://doi.org/10.15407/rej2020.01.080 |
| Язык: русский |
Аннотация:
Предмет и цель работы. Создан и исследован разветвитель сверхвысокочастотной волны на основе планарного гиперболического метаматериала с дефектом в структуре. В планарных гиперболических метаматериалах создаются условия, при которых распространяющаяся электромагнитная (ЭМ) волна канализируется в определенном направлении, зависящем от параметров метаматериала. Разветвление волны возможно при создании дефекта в периодической структуре внутри метаматериала от которого часть падающей волны будет отражаться. При изменении пространственной ориентации дефекта относительно падающей ЭМ-волны, изменяется направление распространения отраженной ЭМ-волны. Таким образом в рассматриваемый разветвитель можно внедрить управление распространением волны. Методы и методология работы. Для описания возникновения дефекта в планарном гиперболическом метаматериале применена теория цепей, которая связывает материальные параметры с эквивалентными емкостями и индуктивностями внутри элементарной ячейки, которые в свою очередь зависят от параметров микрополосковой линии и конденсаторов. Таким образом, изменение любого параметра цепи внутри элементарной ячейки приводит к изменению материальных параметров этой ячейки, делая ее дефектной. В данной работе дефект создается за счет изменения емкости конденсаторов в заданном ряде элементарных ячеек планарного гиперболического метаматериала – тем самым достигается управление размерами и пространственным расположением дефекта относительно распространяющейся волны. Для подтверждения численной модели распространения ЭМ-волны внутри планарного гиперболического метаматериала с дефектом был проведен эксперимент, в котором методом активного зонда были получены распределения поля над поверхностью метаматериала для трех случаев: бездефектного и двух дефектов различной ориентации. Для введения электронного управления предлагается заменить в элементарных ячейках конденсаторы варакторами. Результаты работы. Полученные распределения полей показали, что дефект частично отражает падающую на него ЭМ-волну, канализированную в планарном гиперболическом метаматериале. Изменение угла, под которым расположен дефект, изменяет угол отраженной волны. Для того чтобы элементарная ячейка стала дефектной, достаточно изменить емкость в ней на 20 % от исходной, что вполне реализуемо в современных варакторах. Заключение. Проведенные исследования показали, что рассматриваемый планарный гиперболический метаматериал с дефектом структуры применим для создания управляемых разветвителей ЭМ-волны. |
| Ключевые слова: микрополосковая линия, планарный гиперболический метаматериал, разветвитель, электромагнитная волна |
Статья поступила в редакцию 10.07.2019
УДК 621.372.2
Radiofiz. elektron. 2020, 25(1): 80-85
Полный текст (PDF)
References:
- Smith D.R., Schurig D. ElectromagneticWave Propagation in Media with Indefinite Permittivity and Permeability Tensors. Phys. Rev. Lett. 2003. Vol. 90, Iss. 7. P. 077405(4 p.). DOI: 10.1103/PhysRevLett.90.077405.
- Chshelokova A.V., Kapitanova P.V., Poddubny A.N., Filonov D.S., Slobozhanyuk A.P., Kivshar Y.S., Belov P.A. Hyperbolic transmission-line metamaterials. J. Appl. Phys. 2012. Vol. 112, Iss. 7. P. 073116(5 p.). DOI: 10.1063/1.4758287.
- Jiang H., Liu W., Yu K., Fang K., Sun Y., Li Y., Chen H. Experimental verification of loss-induced field enhancement and collimation in anisotropic m -near-zero metamaterials. Phys. Rev. B. 2015. Vol. 91, Iss. 4. P. 045302. DOI: 10.1103/PhysRevB.91.045302.
- Feng Y., Teng X., Chen Y., Jiang T. Electromagnetic wave propagation in anisotropic metamaterials created by a set of periodic inductor-capacitor circuit networks. Phys. Rev. B. 2005. Vol. 72, Iss. 24. P. 245107. DOI: 10.1103/PhysRevB.72.245107.
- Pozar D.M. Microwave Engineering. Fourth ed. John Wiley & Sons Inc. 2005. P. 317–372.
- Abbosh A. A compact UWB three-way power divider. IEEE Microwave Wireless Compon. Lett. 2007. Vol. 17, Iss. 8. P. 598–600. DOI: 10.1109/LMWC.2007.901777.
- Feng Y., Teng X., Chen Y., Jiang T., Zhao J. Anomalous reflection and refraction in anisotropic metamaterial realized by periodically loaded transmission line network. J. Appl. Phys. 2006. Vol. 100, Iss. 11. P. 114901(7 p.). DOI: 10.1063/1.2369540.
- Kozhara L.I., Polevoy S.Y., Popov I.V. Technique for analysis of the spatial field distribution in tapered wire medium. Solid State Phenomena. 2014. Vol. 214. P. 75–82. DOI:10.4028/www.scientific.net/SSP.214.75.
- Валитов Р.А., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. М.: Сов. радио, 1970. с. 712.
