• Українська
  • English
ISSN 2415-3400 (Online)
ISSN 1028-821X (Print)

Керований розгалужувач на основі планарного гіперболічного метаматеріалу

Рубрика: 
МІКРОХВИЛЬОВА ТА ТЕРАГЕРЦОВА ТЕХНІКА
Міляєв, МО, Недух, СВ, Тарапов, СІ
Organization: 

 

Інститут радіофізики та електроніки ім. О. Я. Усикова НАН України
12, вул. Акад. Проскури, Харків, 61085, Україна
E-mail: milyaev.mamay@gmail.com 

Харківський національний університет імені В.Н. Каразіна
4, пл. Свободи, Харків, 61022, Україна

Харківський національний університет радіоелектроніки
14, проспект Науки, Харків, 61166, Україна
https://doi.org/10.15407/rej2020.01.080
Мова: російська
Анотація: 

 

Предмет і мета роботи. Створено і досліджено розгалужувач надвисокочастотної-хвилі на основі планарного гіперболічного метаматеріалу з дефектом у структурі. У планарному гіперболічному метаматеріалі створюються умови, за яких поширення електромагнітної (ЕМ) хвилі каналізується в певному напрямку, який залежить від параметрів метаматеріалу. Розгалуження хвилі можливе при створенні дефекту усередині метаматеріалу, від якого частина падаючої хвилі буде відбиватися. У випадку зміни просторової орієнтації дефекту щодо падаючої ЕМ-хвилі змінюється напрям поширення відбитої ЕМ-хвилі. Таким чином у розглянутий розгалужувач можна впровадити керування поширенням хвилі.

Методи і методологія роботи. Для опису виникнення дефекту в планарному гіперболічному метаматеріалі застосовано теорію кіл, яка пов'язує матеріальні параметри з еквівалентними ємностями та індуктивностями всередині елементарної комірки, які у свою чергу залежать від параметрів мікросмужкової лінії і конденсаторів. Таким чином, зміна будь-якого параметра кола всередині елементарної комірки призводить до зміни матеріальних параметрів цієї комірки, роблячи її дефектною. У цій роботі дефект створюється за рахунок зміни ємності конденсаторів у заданому ряді елементарних комірок планарного гіперболічного метаматеріалу – у такий спосіб досягається керування розмірами і просторовим розташуванням дефекту щодо поширюваної хвилі. Для підтвердження чисельної моделі поширення ЕМ-хвилі всередині планарного гіперболічного метаматеріалу з дефектом був проведений експеримент, в якому методом активного зонда було отримано розподіл поля над поверхнею метаматеріалу для трьох випадків: бездефектного і двох дефектів різної орієнтації. Для введення електронного керування пропонується замінити в елементарних комірках конденсатори на варактори.

Результати роботи. Отримані розподіли полів показали, що дефект частково відбиває падаючу на нього ЕМ-хвилю, каналізовану в планарному гіперболічному метаматеріалі. Зміна кута, під яким розташований дефект, змінює кут відбитої хвилі. Для того щоб елементарна комірка стала дефектною, досить змінити ємність в ній на 20 % від початкової, що можна реалізувати  у сучасних варакторах.

Висновок. Проведені дослідження показали, що досліджуваний планарний гіперболічний метаматеріал з дефектом структури можна застосовувати для створення керованих розгалужувачів ЕМ-хвилі.
Ключові слова: електромагнітна хвиля, мікросмужкова лінія, планарний гіперболічний метаматеріал, розгалужувач

Стаття надійшла до редакції 10.07.2019
УДК 621.372.2
Radiofiz. elektron. 2020, 25(1): 80-85
Повний текст (PDF)

References: 
  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
  5. Pozar D.M. Microwave Engineering. Fourth ed. John Wiley & Sons Inc. 2005. P. 317–372.
  6. 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.
  7. 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.
  8. 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.
  9. Валитов Р.А., Сретенский В.Н. Радиотехнические измерения. М.: Сов. радио, 1970. с. 712.