Метаматериальная антенна

Метаматериальные антенны представляют собой класс антенн используются , в которых метаматериалы для повышения производительности миниатюрных ( электрически малых ) антенных систем . [ 1 ] Их цель, как и любой электромагнитной антенны, — выпустить энергию в свободное пространство. Однако этот класс антенн включает в себя метаматериалы, которые представляют собой материалы с новыми, часто микроскопическими структурами, обеспечивающими необычные физические свойства . антенны Конструкции антенн, включающие метаматериалы, могут повысить излучаемую мощность .
Обычные антенны, длина которых очень мала по сравнению с длиной волны, отражают большую часть сигнала обратно к источнику. Антенна из метаматериала ведет себя так, как если бы она была намного больше своего фактического размера, поскольку ее новая структура накапливает и переизлучает энергию. Известные методы литографии можно использовать для печати элементов метаматериала на печатной плате . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]
Эти новые антенны помогают в таких приложениях, как портативное взаимодействие со спутниками, широкоугольное управление лучом, устройства экстренной связи, микросенсоры и портативные геофизические радары для поиска геофизических особенностей.
Некоторые приложения для антенн из метаматериала - это беспроводная связь , космическая связь , GPS , спутники , навигация космических аппаратов и самолеты.
Конструкции антенн
[ редактировать ]Конструкции антенн, включающие метаматериалы, могут увеличить излучаемую мощность антенны. Новейшие антенны из метаматериала излучают до 95 процентов входного радиосигнала . Для эффективной работы стандартные антенны должны иметь размер как минимум половины длины волны сигнала. Например, на частоте 300 МГц антенна должна быть длиной полметра. Напротив, экспериментальные антенны из метаматериала имеют размер всего лишь одну пятидесятую длины волны и могут быть еще уменьшены в размерах.
Метаматериалы являются основой для дальнейшей миниатюризации микроволновых антенн с эффективной мощностью и приемлемой полосой пропускания. Антенны, в которых используются метаматериалы, дают возможность преодолеть ограничения по эффективности и полосе пропускания для миниатюрных антенн традиционной конструкции.
Метаматериалы позволяют использовать антенные элементы меньшего размера, которые охватывают более широкий диапазон частот , что позволяет лучше использовать доступное пространство в случаях с ограниченным пространством. В этих случаях весьма актуальны миниатюрные антенны с высоким коэффициентом усиления, поскольку излучающие элементы объединяются в большие антенные решетки. метаматериалов Кроме того, отрицательный показатель преломления фокусирует электромагнитное излучение с помощью плоской линзы, а не рассеивает его. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]
Оболочка DNG
[ редактировать ]Самым ранним исследованием антенн из метаматериала было аналитическое исследование миниатюрной дипольной антенны, окруженной метаматериалом. Этот материал известен по-разному, как метаматериал с отрицательным индексом (NIM) или метаматериал с двойным отрицательным индексом (DNG). [ 10 ]
Аналитически и численно кажется, что эта конфигурация приводит к увеличению мощности на порядок. В то же время реактивное сопротивление, по-видимому, приводит к соответствующему уменьшению. Более того, оболочка DNG становится естественной сетью согласования импедансов для этой системы. [ 10 ]
Применение наземной плоскости
[ редактировать ]Метаматериалы, используемые в наземных слоях, окружающих антенны, обеспечивают улучшенную изоляцию между радиочастотными или микроволновыми каналами ( с несколькими входами и множеством выходов ) (MIMO) антенных решеток . [ 11 ] из метаматериала Заземляющие пластины с высоким импедансом также могут улучшить эффективность излучения и характеристики осевого соотношения низкопрофильных антенн, расположенных близко к поверхности заземляющей пластины . Метаматериалы также использовались для увеличения дальности сканирования луча за счет использования как прямых, так и обратных волн в антеннах на вытекающих волнах. Различные антенные системы из метаматериала могут использоваться для поддержки датчиков наблюдения, линий связи, навигационных систем и систем управления и контроля. [ 7 ]
Новые конфигурации
[ редактировать ]Помимо миниатюризации антенн, новые конфигурации имеют потенциальные применения, начиная от радиочастотных устройств и заканчивая оптическими устройствами. Исследуются и другие комбинации для других устройств в антенных подсистемах из метаматериала. [ 12 ] либо исключительно двойные отрицательные плиты метаматериала , либо комбинации двойных положительных (DPS) с плитами DNG, или эпсилон-отрицательные (ENG) плиты с мю-негативными (MNG) В подсистемах используются плитами. Антенные подсистемы, которые в настоящее время исследуются, включают резонаторы , волноводы, рассеиватели и антенны (излучатели). [ 12 ] К 2009 году антенны из метаматериала стали коммерчески доступны. [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
История
[ редактировать ]Пендри и др. смогли показать, что трехмерный массив пересекающихся тонких проводов можно использовать для создания отрицательных значений диэлектрической проницаемости (« ε ») и что периодический массив медных разъемных кольцевых резонаторов может создавать эффективную отрицательную магнитную проницаемость (« μ "). [ 11 ]
В мае 2000 г. группа исследователей Smith et al. были первыми, кто успешно объединил резонатор с разъемным кольцом (SRR) с тонкими проводящими штырями и создал левосторонний материал , который имел отрицательные значения ε, μ и показателя преломления для частот в гигагерцовом или микроволновом диапазоне. [ 12 ] [ 16 ]
В 2002 году был представлен другой класс метаматериалов с отрицательным показателем преломления (NRI), в которых используется периодическая реактивная нагрузка двумерной линии передачи в качестве основной среды . В этой конфигурации использовался материал с положительным индексом преломления (DPS) и материал с отрицательным индексом преломления (DNG). В нем использовалась небольшая плоская линза с отрицательным преломлением, соединенная с волноводом с параллельными пластинами и положительным показателем преломления. Вскоре это было экспериментально подтверждено. [ 17 ] [ 18 ]
Хотя были выявлены некоторые недостатки SRR, с 2009 года они продолжали использоваться для исследований. SRR участвуют в широкомасштабных исследованиях метаматериалов, включая исследования антенн из метаматериалов. [ 4 ] [ 17 ] [ 18 ]
Более поздняя точка зрения заключается в том, что при использовании SRR в качестве строительных блоков электромагнитный отклик и связанная с ним гибкость практичны и желательны. [ 19 ]
Фазовая компенсация из-за отрицательного преломления
[ редактировать ]DNG может обеспечить фазовую компенсацию благодаря своему отрицательному показателю преломления. Это достигается путем объединения пластины обычного материала DPS без потерь с пластиной метаматериала DNG без потерь.
ДПС имеет обычный положительный показатель преломления , а ДНГ — отрицательный показатель преломления. Обе плиты согласованы по импедансу с внешней областью (например, свободным пространством). желаемая монохроматическая плоская волна В этой конфигурации излучается . Когда эта волна распространяется через первую пластину материала, разность фаз между выходной и входной гранями возникает волны . По мере распространения через вторую пластину разность фаз существенно уменьшается и даже компенсируется. Поэтому при выходе волны из второй пластины общая разность фаз равна нулю. [ 20 ]
систему с фазовой компенсацией волноводную С помощью этой системы можно было создать . При укладке плит такой конфигурации фазовая компенсация (эффект смещения луча) будет происходить во всей системе. Кроме того, при изменении индекса любой из пар DPS-DNG изменяется скорость, с которой луч входит в переднюю грань и выходит из задней грань всей стековой системы. Таким образом, объемная линия передачи с малыми потерями и временной задержкой. для данной системы может быть реализована [ 20 ]
Кроме того, эта фазовая компенсация может привести к ряду применений, таких как миниатюрные субволновые резонаторы , резонаторы с полостью и волноводы с приложениями ниже дифракционных пределов . [ 20 ]
Компенсация дисперсии линии передачи
[ редактировать ]Статьи о |
Электромагнетизм |
---|
![]() |
DNG Из-за дисперсионной природы как среды передачи он может быть полезен в качестве устройства компенсации дисперсии для приложений во временной области . Дисперсия приводит к изменению групповой скорости волновых составляющих сигналов по мере их распространения в среде ДНГ. Следовательно, сложенные метаматериалы DNG могут быть полезны для изменения распространения сигнала по микрополосковой линии передачи . В то же время дисперсия приводит к искажению. Однако если бы дисперсию можно было скомпенсировать вдоль микрополосковой линии, ВЧ- распространение вдоль них или СВЧ-сигналов значительно уменьшило бы искажения. Таким образом, компоненты для ослабления искажений становятся менее важными и могут привести к упрощению многих систем. Метаматериалы позволяют устранить дисперсию вдоль микрополоски за счет поправки на частотную зависимость эффективной диэлектрической проницаемости. [ 21 ]
Стратегия состоит в том, чтобы спроектировать длину линии передачи, нагруженной метаматериалом , которую можно объединить с исходной длиной микрополосковой линии, чтобы сделать парную систему бездисперсионной, создав сегмент линии передачи, компенсирующий дисперсию. Этого можно достичь путем введения метаматериала с определенной локализованной диэлектрической проницаемостью и определенной локализованной магнитной проницаемостью , которая затем влияет на относительную диэлектрическую проницаемость и проницаемость всей микрополосковой линии. Он вводится для того, чтобы волновое сопротивление в метаматериале оставалось неизменным. Показатель преломления в среде компенсирует эффекты дисперсии, связанные с самой геометрией микрополоски; делая эффективный показатель преломления пары равным свободному пространству. [ 21 ]
Часть стратегии проектирования заключается в том, что эффективная диэлектрическая проницаемость и проницаемость такого метаматериала должны быть отрицательными, что требует материала DNG. [ 21 ]
Инновации
[ редактировать ]Объединение левых сегментов с обычной (правой) линией передачи дает преимущества перед традиционными конструкциями. Левосторонние линии передачи по сути представляют собой фильтр верхних частот с опережением фазы. И наоборот, правые линии передачи представляют собой фильтр нижних частот с задержкой по фазе. Эта конфигурация называется составным правосторонним (CRLH) метаматериалом. [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]
Обычная антенна Leaky Wave имела ограниченный коммерческий успех, поскольку ей не хватает полной возможности сканирования частоты от обратного до конечного излучения. CRLH обеспечивал полное сканирование частот от обратного до конечного огня, включая бортовой залп.
Микроволновая линза
[ редактировать ]Линза из метаматериала , используемая в антенных системах из метаматериала, используется в качестве эффективного соединителя внешнего излучения, фокусируя излучение вдоль или от микрополосковой линии передачи на передающие и принимающие компоненты. Следовательно, его можно использовать в качестве устройства ввода . Кроме того, он может усиливать амплитуду затухающих волн , а также корректировать фазу распространяющихся волн.
Направление излучения
[ редактировать ]В этом случае SRR использует слои металлической сетки из тонких проволок – с проводами в трех направлениях пространства и кусочками пенопласта . Диэлектрическая проницаемость этого материала выше плазменной частоты может быть положительной и меньше единицы. Это означает, что показатель преломления чуть выше нуля. Соответствующим параметром часто является контраст между диэлектрическими проницаемостями, а не общее значение диэлектрической проницаемости на желаемых частотах. Это происходит потому, что поведение эквивалентной (эффективной) диэлектрической проницаемости определяется плазменной частотой в микроволновой области. Этот материал с низким оптическим индексом является хорошим кандидатом для чрезвычайно собирающих микролинз . Теоретически разработаны методы с использованием диэлектрических фотонных кристаллов, применяемых в микроволновой области, для реализации направленного излучателя с использованием металлических сеток. [ 2 ]
В этом случае провода, расположенные в кубической кристаллической решетке, можно анализировать как массив антенн ( антенная решетка ). Как решетчатая структура, он имеет постоянную решетки . Постоянная решетки или параметр решетки относится к постоянному расстоянию между элементарными ячейками кристаллической решетки. [ 25 ]
Более раннее открытие плазмонов создало мнение, что металл с плазмонной частотой f p является композитным материалом. Воздействие плазмонов на любой образец металла заключается в создании у металла таких свойств, что он может вести себя как диэлектрик , независимо от волнового вектора поля ЭМ возбуждения (излучения). Более того, ничтожно малое количество энергии плазмона поглощается системой, обозначенной как γ . Для алюминия f p = 15 эВ и γ = 0,1 эВ. Возможно, наиболее важным результатом взаимодействия металла и плазменной частоты является то, что диэлектрическая проницаемость становится отрицательной ниже плазменной частоты, вплоть до минимального значения γ . [ 25 ] [ 26 ]
Эти факты в конечном итоге приводят к тому, что массивная проволочная структура фактически является однородной средой. [ 25 ]
Этот метаматериал позволяет контролировать направление излучения источника электромагнитного излучения , расположенного внутри материала, чтобы собрать всю энергию в небольшой угловой области вокруг нормали . [ 2 ] Используя плиту метаматериала, расходящиеся электромагнитные волны фокусируются в узкий конус. Размеры малы по сравнению с длиной волны, поэтому пластина ведет себя как однородный материал с низкой плазменной частотой . [ 2 ]
Модели линий электропередачи
[ редактировать ]Обычные линии электропередачи
[ редактировать ]

Линия передачи — это материальная среда или структура, которая полностью или частично образует путь из одного места в другое для направления передачи энергии, такой как электромагнитные волны или передача электроэнергии . Типы линий передачи включают провода , коаксиальные кабели , диэлектрические пластины, полосковые линии , оптические волокна , линии электропередачи и волноводы. [ 27 ]
— Микрополосковая линия это тип линии передачи, которая может быть изготовлена с использованием технологии печатных плат и используется для передачи сигналов микроволновой частоты. Он состоит из проводящей полосы, отделенной от заземляющего слоя диэлектрическим слоем, известным как подложка . СВЧ-компоненты, такие как антенны , ответвители , фильтры и делители мощности , могут быть изготовлены из микрополоски.
Из упрощенной схемы справа видно, что общий импеданс, проводимость, реактивное сопротивление (емкость и индуктивность) и среда передачи (линия передачи) могут быть представлены отдельными компонентами, которые дают общее значение.
При использовании среды передачи важно как можно точнее согласовать полное сопротивление нагрузки Z L с характеристическим сопротивлением Z 0 , поскольку обычно желательно, чтобы нагрузка поглощала как можно большую мощность.
- сопротивление , на единицу длины
- - индуктивность на единицу длины,
- - проводимость диэлектрика на единицу длины,
- - емкость на единицу длины,
- – мнимая единица , а
- - угловая частота .
Элементы сосредоточенной цепи
[ редактировать ]Часто из-за цели перемещения физических включений метаматериала (или ячеек) до меньших размеров обсуждение и реализация сосредоточенных LC-схем или распределенных LC-сетей часто исследуются . Элементы сосредоточенной цепи на самом деле представляют собой микроскопические элементы, которые эффективно приближают свои более крупные компоненты. Например, емкость и индуктивность цепи можно создать с помощью разрезных колец, которые имеют размер нанометров на оптических частотах. Модель распределенного LC связана с моделью LC с сосредоточенными элементами, однако модель с распределенными элементами является более точной, но более сложной, чем модель с сосредоточенными элементами .
Конфигурации линий передачи, загруженные метаматериалом
[ редактировать ]В некоторых известных антеннах из метаматериалов используются метаматериалы линий передачи с отрицательным показателем преломления (NRI-TLM). К ним относятся линзы, способные преодолеть дифракционный предел, узкополосные и широкополосные фазосдвигающие линии, небольшие антенны, низкопрофильные антенны, антенные питающие сети, новые силовые архитектуры и ответвители с высокой направленностью. Загрузка планарной сети ЛЭП из метаматериала последовательными конденсаторами и шунтирующими индукторами обеспечивает более высокую производительность. Это приводит к большой рабочей полосе пропускания при отрицательном показателе преломления. [ 12 ] [ 28 ]
Поскольку суперлинзы могут преодолевать дифракционный предел , это обеспечивает более эффективную связь с внешним излучением и обеспечивает более широкую полосу частот. Например, суперлинзу можно применить к архитектуре TLM. В обычных линзах изображение ограничено дифракционным пределом . Благодаря суперлинзам детали изображений ближнего поля не теряются. Растущие затухающие волны поддерживаются в метаматериале ( n < 1), который восстанавливает затухающие затухающие волны от источника. Это приводит к ограниченному дифракцией разрешению λ/6 после некоторых небольших потерь. Это сравнимо с λ/2, нормальным дифракционным пределом для обычных линз . [ 28 ]
Комбинируя правосторонние (RHM) и левосторонние материалы (LHM) в виде конструкции из композитного материала (CRLH), сканирования можно получить возможность назад и вперед.
Метаматериалы были впервые использованы в антенной технологии примерно в 2005 году. Этот тип антенны использовал установленную способность SNG связываться с внешним излучением . Резонансная связь позволяла использовать длину волны большую, чем у антенны. На микроволновых частотах это позволило использовать антенну меньшего размера. [ 4 ] [ 28 ]
Линия передачи, загруженная метаматериалом, имеет значительные преимущества по сравнению с обычными или стандартными линиями передачи с задержкой. Он более компактен по размеру, может достигать положительного или отрицательного фазового сдвига , занимая при этом ту же короткую физическую длину, и демонстрирует линейную, более плоскую фазовую характеристику с частотой , что приводит к более коротким групповым задержкам. Он может работать на более низкой частоте из-за большого количества распределенных конденсаторов и имеет меньшие размеры плоскости, чем его эквивалентная копланарная структура. [ 28 ]
Метаматериалы с отрицательным показателем преломления, поддерживающие двумерные волны
[ редактировать ]В 2002 году вместо использования конфигурации SRR-проводов или других трехмерных сред исследователи рассмотрели плоские конфигурации, которые поддерживают распространение обратной волны, тем самым демонстрируя отрицательный показатель преломления и, как следствие, фокусировку. [ 17 ]
Давно известно, что линии передачи, периодически нагруженные емкостными и индуктивными элементами в высокочастотной конфигурации, поддерживают определенные типы обратных волн. Кроме того, плоские линии передачи естественным образом подходят для распространения двумерных волн. Благодаря элементам схемы с сосредоточенными параметрами они сохраняют компактную конфигурацию и могут поддерживать нижний радиочастотный диапазон. Имея это в виду, были предложены двумерные сети линий передачи LC с периодическими нагрузками и отсечкой. Сети LC могут быть спроектированы для поддержки обратных волн без громоздкой структуры SRR/проводов. Это было первое подобное предложение, которое отклонилось от объемных сред в пользу отрицательного рефракционного эффекта. Примечательным свойством сети этого типа является то, что она не зависит от резонанса. Вместо этого способность поддерживать обратные волны определяет отрицательное преломление. [ 17 ]
Принципы фокусировки заимствованы у Веселаго и Пендри. Объединение обычной плоской (планарной) плиты ДПС М-1 с левой средой М-2, распространяющейся электромагнитной волной с волновым вектором k1 в М-1, приводит к преломленной волне с волновым вектором k2 в М-2. Поскольку M-2 поддерживает распространение обратной волны, k2 преломляется в противоположную сторону от нормали, а вектор Пойнтинга M-2 антипараллелен k2. В таких условиях мощность преломляется под фактически отрицательным углом, что подразумевает фактически отрицательный показатель преломления. [ 17 ]
Электромагнитные волны от точечного источника, расположенного внутри обычного ДПС, можно сфокусировать внутри ЛГМ, используя планарную границу раздела двух сред. Эти условия можно смоделировать, возбуждая один узел внутри DPS и наблюдая за величиной и фазой напряжений относительно земли во всех точках LHM. Эффект фокусировки должен проявляться в виде «точечного» распределения напряжения в предсказуемом месте ЛГМ. [ 17 ]
Отрицательное преломление и фокусировка могут быть достигнуты без использования резонансов или прямого синтеза диэлектрической проницаемости и проницаемости. Кроме того, эту среду можно практически изготовить путем соответствующей загрузки среды главной линии передачи. Более того, полученная планарная топология позволяет легко интегрировать структуры LHM с обычными планарными микроволновыми схемами и устройствами. [ 17 ]
Когда поперечное распространение электромагнитного поля происходит в среде линии передачи, аналогия для диэлектрической проницаемости и магнитной проницаемости равна ε = L и μ = C. Эта аналогия была развита с положительными значениями этих параметров. Следующим логическим шагом было осознание того, что отрицательные значения могут быть достигнуты. Чтобы синтезировать левую среду (ε <0 и μ <0), последовательное реактивное сопротивление и шунтирующая восприимчивость должны стать отрицательными, поскольку параметры материала прямо пропорциональны этим величинам схемы. [ 29 ]
Линия передачи, которая имеет элементы схемы с сосредоточенными параметрами, которые синтезируют левую среду, называется «двойной линией передачи» по сравнению с «обычной линией передачи». Двойную структуру линии передачи можно реализовать на практике, нагружая главную линию передачи последовательно расположенными конденсаторами (C) и шунтирующими индукторами (L). В этой периодической структуре нагрузка настолько велика, что сосредоточенные элементы доминируют в характеристиках распространения. [ 29 ]
Левостороннее поведение в линиях электропередачи, нагруженных LC.
[ редактировать ]Использование SRR на радиочастотах , как и в случае с беспроводными устройствами, требует увеличения размеров резонаторов. Это мешало сделать устройства более компактными. Напротив, конфигурации сети LC могут быть масштабированы как на микроволновые, так и на радиочастотные частоты. [ 30 ]
, нагруженные LC, Линии передачи позволили новому классу метаматериалов создавать отрицательный показатель преломления . Использование LC-сетей для имитации электрической привело и магнитной проницаемости к существенному увеличению рабочей полосы пропускания. [ 30 ]
Кроме того, их элементарные ячейки соединены через сеть линий передачи и могут быть оснащены элементами схемы с сосредоточенными параметрами , что позволяет им быть компактными на частотах, где SRR не может быть компактным. Гибкость, достигаемая за счет использования дискретных или печатных элементов, позволяет масштабировать плоские метаматериалы от диапазона мегагерц до десятков гигагерц . Кроме того, замена конденсаторов варакторами позволила динамически настраивать свойства материала. Предлагаемые среды являются плоскими и по своей сути поддерживают двумерное (2-D) распространение волн, что делает их хорошо подходящими для применения в радиочастотных и микроволновых устройствах и схемах. [ 30 ]
Растущие затухающие волны в средах передачи с отрицательным показателем преломления
[ редактировать ]Было показано, что периодическая двумерная линия передачи с нагрузкой LC ( TL ) проявляет свойства NRI в широком диапазоне частот. Эту сеть будем называть двойной структурой TL, поскольку она имеет конфигурацию верхних частот, в отличие от низкочастотного представления традиционной структуры TL. [ 31 ] Двойные TL-структуры использовались для экспериментальной демонстрации излучения обратной волны и фокусировки на микроволновых частотах. [ 17 ] [ 31 ]
Как среда с отрицательным показателем преломления, двойная TL-структура не является просто фазовым компенсатором. Он может увеличить амплитуду затухающих волн, а также скорректировать фазу распространяющихся волн. Затухающие волны фактически растут внутри двойной TL-структуры. [ 31 ]
Антенна обратной волны с использованием линии передачи с нагрузкой NRI
[ редактировать ]Грбич и др. использовала одномерную сеть линий передачи с нагрузкой LC, которая поддерживает быстрое распространение обратной волны, чтобы продемонстрировать характеристики, аналогичные «обратному черенковскому излучению». Предложенная ими структура излучения обратной волны была вдохновлена ЖК-материалами с отрицательным показателем преломления. Смоделированная диаграмма направленности в E-плоскости на частоте 15 ГГц показала излучение в направлении обратного излучения в диаграмме дальнего поля, что ясно указывает на возбуждение обратной волны. Поскольку поперечный размер массива электрически мал, структура опирается на длинный металлический желоб. Впадина действует как волновод ниже границы отсечки и восстанавливает обратное излучение, что приводит к однонаправленным диаграммам направленности в дальней зоне. [ 32 ]
Плоские НИМ с периодически нагруженными линиями электропередачи
[ редактировать ]Плоские среды могут быть реализованы с эффективным отрицательным показателем преломления. Основная концепция основана на соответствующей периодической загрузке печатной сети линий передачи катушками индуктивности и конденсаторами. Этот метод приводит к получению эффективных параметров диэлектрической и магнитной проницаемости материала, которые одновременно являются отрицательными по своей сути и одновременно, что устраняет необходимость использования отдельных средств. Предлагаемые среды обладают и другими желательными характеристиками, включая очень широкую полосу пропускания, в которой показатель преломления остается отрицательным, способность направлять двумерные ТМ-волны, масштабируемость от радиочастотных до миллиметровых частот и низкие потери при передаче, а также возможность настройки с помощью вставка варакторов и/или переключателей в элементарную ячейку. Концепция была проверена с помощью схемного и полноволнового моделирования. Прототип фокусирующего устройства прошел экспериментальные испытания. Результаты эксперимента продемонстрировали фокусировку падающей цилиндрической волны в октавной полосе пропускания на электрически короткой области; наводит на мысль о фокусировке в ближнем поле. [ 33 ]
На основе этих предложенных сред могут быть реализованы радиочастотные/микроволновые устройства для приложений в беспроводной связи, наблюдении и радарах. [ 33 ]
Большие линии электропередачи
[ редактировать ]По мнению некоторых исследователей, метаматериалы SRR/проволочной конфигурации представляют собой громоздкие трехмерные конструкции, которые трудно адаптировать для применения в радиочастотных/микроволновых устройствах и схемах. Эти структуры могут достичь отрицательного показателя преломления только в узкой полосе пропускания. При применении к беспроводным устройствам на радиочастотах разъемные кольцевые резонаторы необходимо масштабировать до больших размеров, что, в свою очередь, приводит к увеличению размера устройства. [ 33 ]
Предложенные структуры выходят за рамки композитов проволока/SRR, поскольку они не полагаются на SRR для синтеза параметров материала, что приводит к значительному увеличению рабочей полосы пропускания. Более того, их элементарные ячейки соединены через сеть линий передачи и поэтому могут быть оснащены сосредоточенными элементами, что позволяет им быть компактными на частотах, где SRR не может быть компактным. Гибкость, достигаемая за счет использования дискретных или печатных элементов, позволяет масштабировать плоские метаматериалы от диапазона мегагерц до десятков гигагерц. Кроме того, используя варакторы вместо конденсаторов, эффективные свойства материала можно динамически настраивать. Более того, предлагаемая среда является плоской и по своей сути поддерживает двумерное (2-D) распространение волн. Таким образом, эти новые метаматериалы хорошо подходят для применения в радиочастотных и микроволновых устройствах и схемах. [ 33 ]
В длинноволновом режиме диэлектрическая проницаемость и магнитная проницаемость обычных материалов могут быть искусственно синтезированы с использованием периодических ЖК-сеток, расположенных в низкочастотной конфигурации. В двойной (высокочастотной) конфигурации эти эквивалентные параметры материала принимают одновременно отрицательные значения и, следовательно, могут использоваться для синтеза отрицательного показателя преломления. [ 34 ]
Конфигурации
[ редактировать ]Теория антенн основана на классической электромагнитной теории , описанной уравнениями Максвелла . [ 35 ] Физически антенна представляет собой совокупность одного или нескольких проводников , обычно называемых элементами. Переменный ток создается в элементах путем подачи напряжения на выводы антенны, заставляя элементы излучать электромагнитное поле. При приеме происходит обратный процесс: электромагнитное поле от другого источника индуцирует переменный ток в элементах и соответствующее напряжение на выводах антенны. Некоторые приемные антенны (например, параболические и рупорные) имеют отражающие поверхности определенной формы для сбора электромагнитных волн из свободного пространства и направления или фокусировки их на реальные проводящие элементы.
Антенна создает достаточно сильные электромагнитные поля на больших расстояниях. И наоборот, он чувствителен к электромагнитным полям, воздействующим на него извне. Фактическая связь между передающей и приемной антенной настолько мала, что схемы усилителей требуются как на передающей, так и на приемной станциях. Антенны обычно создаются путем модификации обычных схем в конфигурации линий передачи. [ 35 ]
Требуемая антенна для любого конкретного применения зависит от используемой полосы пропускания и требований к дальности действия (мощности). В диапазоне от микроволнового до миллиметрового диапазона волн (длины волн от нескольких метров до миллиметров) обычно используются следующие антенны: [ 35 ]
Дипольные антенны, короткие антенны, параболические и другие рефлекторные антенны, рупорные антенны, перископические антенны, спиральные антенны, спиральные антенны, антенны на поверхностных и вытекающих волнах. Антенны на вытекающих волнах включают диэлектрические антенны и антенны с диэлектрической нагрузкой, а также различные микрополосковые антенны. [ 35 ]
Свойства излучения с SRR
[ редактировать ]SRR был введен Пендри в 1999 году и является одним из наиболее распространенных элементов метаматериалов . [ 36 ] Как немагнитный проводящий блок он состоит из набора блоков, которые обеспечивают повышенную отрицательную эффективную магнитную проницаемость, когда частота падающего электромагнитного поля близка к резонансной частоте SRR. Резонансная частота SRR зависит от его формы и физического устройства. Кроме того, резонанс может возникать и на длинах волн, значительно превышающих его размер. [ 37 ] [ 38 ] Для дальнейшей оптимизации формы элементов целесообразно использовать генетические и другие алгоритмы оптимизации. В многочастотных конструкциях вместо SRR можно применять фрактальные схемы, такие как схемы Серпенского, Коха или другие фракталы. [ 11 ]
Двойные негативные метаматериалы
[ редактировать ]За счет применения двойных отрицательных метаматериалов (DNG) мощность, излучаемая электрически антеннами , малыми дипольными может быть значительно увеличена. Этого можно добиться, окружив антенну оболочкой из материала с двойным негативом (DNG). Когда электрический диполь внедрен в однородную среду ДНГ, антенна действует индуктивно, а не емкостно, как это было бы в свободном пространстве без взаимодействия материала ДНГ. Кроме того, комбинация диполь-оболочка DNG увеличивает реальную мощность, излучаемую более чем на порядок по антенне в открытом пространстве. Заметное уменьшение реактивного сопротивления дипольной антенны соответствует увеличению излучаемой мощности. [ 10 ]
Реактивная мощность указывает на то, что оболочка DNG действует как естественная согласующая сеть для диполя. Материал DNG соответствует собственному реактивному сопротивлению этой антенной системы относительно свободного пространства, следовательно, импеданс материала DNG соответствует свободному пространству. Он обеспечивает естественную схему согласования с антенной. [ 10 ]
Одиночный отрицательный SRR и монопольный композит
[ редактировать ]Добавление метаматериала SRR-DNG увеличило излучаемую мощность более чем на порядок по сравнению с сопоставимой антенной в открытом космосе. Электрически небольшие антенны, высокой направленности и перестраиваемой рабочей частоты производятся с отрицательной магнитной проницаемостью. При объединении правостороннего материала (RHM) с левосторонним материалом Веселаго (LHM) достигаются другие новые свойства. Один резонатор из отрицательного материала, полученный с помощью SRR, может создать электрически небольшую антенну при работе на микроволновых частотах следующим образом: [ 4 ]
Оцениваемая конфигурация SRR представляла собой два концентрических кольцевых кольца с относительными противоположными зазорами во внутреннем и внешнем кольце. Его геометрические параметры составляли R = 3,6 мм, r = 2,5 мм, w = 0,2 мм, t = 0,9 мм. R и r используются в качестве кольцевых параметров, w — расстояние между кольцами, а t = ширина внешнего кольца. Материал имел толщину 1,6 мм. Диэлектрическая проницаемость составила 3,85 на частоте 4 ГГц. SRR был изготовлен методом травления на 30 мкм подложке толщиной медной . SRR возбуждался с помощью несимметричной антенны . Монопольная антенна состояла из коаксиального кабеля , заземляющего слоя и излучающих компонентов. Материалом заземления был алюминий . Рабочая частота антенны составила 3,52 ГГц, что было определено с учетом геометрических параметров SRR. Над заземляющим слоем располагался провод длиной 8,32 мм, подключенный к антенне, что составляло четверть рабочей длины волны. Антенна работала с длиной волны излучения 3,28 мм и частотой излучения 7,8 ГГц. Резонансная частота SRR была меньше рабочей частоты монополя. [ 4 ]
Антенна монополь-SRR эффективно работала на частоте (λ/10) с использованием конфигурации провода SRR. Он продемонстрировал хорошую эффективность связи и достаточную эффективность излучения. Ее работа была сравнима с работой обычной антенны при λ/2, что соответствует обычному размеру антенны, обеспечивающему эффективную связь и излучение. Таким образом, антенна монопольного SRR становится приемлемой электрически малой антенной на резонансной частоте SRR. [ 4 ] [ 11 ]
Когда SRR становится частью этой конфигурации, такие характеристики, как диаграмма направленности антенны, полностью изменяются по сравнению с обычной несимметричной антенной. С модификациями структуры SRR размер антенны может достигать ( λ/40 ). Соединение 2, 3 и 4 SRR рядом немного меняет диаграмму направленности. [ 4 ]
Патч-антенны
[ редактировать ]В 2005 году была предложена патч-антенна с покрытием из метаматериала , улучшающая направленность . Согласно численным результатам, антенна показала значительное улучшение направленности по сравнению с обычными патч-антеннами. В 2007 году это было упомянуто в качестве эффективной конструкции направленных патч-антенн в мобильной связи с использованием метаматериалов. [ 11 ] Эта конструкция была основана на модели линии передачи левого материала (LHM) с элементами схемы L и C модели эквивалентной схемы LHM . В этом исследовании были разработаны формулы для определения значений L и C модели эквивалентной схемы LHM для желаемых характеристик направленных патч-антенн. Были приведены примеры проектирования, основанные на реальных частот диапазонах мобильной связи , что иллюстрирует эффективность данного подхода. [ 39 ] [ 40 ] [ 41 ]
Рупорная антенна с плоской линзой
[ редактировать ]В этой конфигурации используется плоская апертура, изготовленная из метаматериала с нулевым индексом преломления. Это имеет преимущества перед обычными (обычными) изогнутыми линзами, что приводит к значительному улучшению направленности. [ 11 ] Эти исследования предоставили возможности для миниатюризации микроволновых источников и устройств, не являющихся источниками, схем, антенн и улучшения электромагнитных характеристик. [ 42 ]
Технология поверхностных антенн из метаматериалов
[ редактировать ]Технология поверхностных антенн из метаматериалов (M-SAT) — это изобретение, в котором метаматериалы используются для направления и поддержания постоянного широкополосного радиочастотного луча, привязанного к спутнику, независимо от того, находится ли платформа в движении или неподвижна. Подвесы и двигатели заменены массивами метаматериалов в плоской конфигурации. Кроме того, благодаря этой новой технологии фазовращатели не требуются , как в случае с оборудованием с фазированной решеткой . Желаемый эффект достигается путем изменения структуры активированных элементов метаматериала по мере необходимости. Технология представляет собой практическое применение теории маскировки метаматериалов . Антенна примерно размером с портативный компьютер. [ 43 ] [ 44 ] [ 45 ]
Исследование и применение антенн на основе метаматериалов. Сопутствующие компоненты также исследуются. [ 46 ] [ 47 ]
Субволновые резонаторы и волноводы
[ редактировать ]Когда граница между парой материалов, которые функционируют как среды оптической передачи, взаимодействуют в результате противоположных значений диэлектрической проницаемости и/или проницаемости, которые являются либо обычными (положительными), либо необычными (отрицательными), может возникнуть заметное аномальное поведение. Пара будет представлять собой метаматериал (слой) DNG в сочетании со слоем DPS, ENG или MNG. Могут возникнуть поведение и свойства распространения волн, которые в противном случае не наблюдались бы, если бы вместе были соединены только слои DNG. [ 48 ]
На границе раздела двух сред можно применить концепцию непрерывности тангенциальных составляющих электрического и магнитного поля. Если проницаемость или диэлектрическая проницаемость двух сред имеют противоположные знаки, то нормальные компоненты тангенциального поля по обе стороны границы раздела будут разрывными на границе. Это подразумевает концентрированное резонансное явление на границе раздела. Это похоже на распределение тока и напряжения на стыке катушки индуктивности и конденсатора при резонансе LC-цепи. Этот « интерфейсный резонанс » по существу не зависит от общей толщины парных слоев, поскольку он возникает вдоль разрыва между двумя такими сопряженными материалами. [ 48 ] [ 49 ]
Волноводные конструкции с параллельными пластинами
[ редактировать ]Геометрия состоит из двух параллельных пластин как идеальных проводников (PEC), идеализированной структуры, заполненной двумя сложенными друг на друга плоскими пластинами из однородных и изотропных материалов с соответствующими определяющими параметрами ε 1 , ε 2 , u 1 , u 2 . Каждая плита имеет толщину = d, плита 1 = d 1 и плита 2 = d 2 . Выбор того, какую комбинацию параметров использовать, предполагает сочетание материалов DPS и DNG или ENG и MNG. Как упоминалось ранее, это одна объединенная пара конститутивных параметров с противоположным знаком. [ 50 ]
Тонкие субволновые резонаторы
[ редактировать ]Фазовая компенсация
[ редактировать ]Реальные значения компонентов для отрицательной диэлектрической проницаемости и проницаемости приводят к реальным значениям компонентов для отрицательного преломления n. В среде без потерь все, что существовало бы, — это реальные ценности. Эту концепцию можно использовать для определения фазовой компенсации, когда традиционный материал без потерь, DPS, сопоставляется с NIM без потерь (DNG). [ 49 ]
При фазовой компенсации ДПС толщины d 1 имеет ε > 0 и μ > 0. И наоборот, ДПС толщины d 2 имеет ε < 0 и μ < 0. Предположим, что собственный импеданс диэлектрического материала ДПС (d 1 ) такое же, как и во внешней области, и реагирует на нормально падающую плоскую волну. Волна проходит через среду без какого-либо отражения, поскольку импеданс DPS и внешний импеданс равны. Однако плоская волна в конце плиты DPS не совпадает по фазе с плоской волной в начале материала. [ 49 ]
Затем плоская волна входит в NIM без потерь (d 2 ). На определенных частотах ε <0, μ < 0 и n < 0. Как и DPS, NIM имеет собственный импеданс, равный внешнему, и, следовательно, также не имеет потерь. Направление потока мощности (т. е. вектор Пойнтинга) в первой пластине должно быть таким же, как и во второй, поскольку мощность падающей волны входит в первую пластину (без отражения на первой границе раздела), пересекает первую плиту, выходит из второго интерфейса, входит во вторую плиту, пересекает ее и, наконец, покидает вторую плиту. Однако, как говорилось ранее, направление мощности антипараллельно направлению фазовой скорости. Следовательно, волновой вектор k 2 направлен в противоположном направлении от k 1 . Более того, любая разность фаз, возникающая при перемещении первой плиты, может быть уменьшена и даже устранена при перемещении второй плиты. Если соотношение двух толщин равно d 1 / d 2 = n 2 / n 1 , то общая разность фаз между передней и задней гранями равна нулю. [ 49 ] Это демонстрирует, как пластина NIM на выбранных частотах действует как фазовый компенсатор. Важно отметить, что этот процесс фазовой компенсации осуществляется только по отношению d 1 / d 2 , а не по толщине d 1 + d 1 . Следовательно, d 1 + d 1 может иметь любое значение, при условии, что это соотношение удовлетворяет вышеуказанному условию. Наконец, даже несмотря на наличие этой двухслойной структуры, волна, пересекающая эту структуру, не будет испытывать разности фаз.
Следующим шагом после этого является резонатор субволнового резонатора. [ 49 ]
Компактные субволновые одномерные резонаторы с использованием метаматериалов
[ редактировать ]Описанный выше фазовый компенсатор можно использовать для концептуализации возможности создания компактного одномерного резонатора. Вышеупомянутая двухслойная структура применяется как два идеальных отражатели, или другими словами, две идеально проводящие пластины. Концептуально в резонаторе ограничивается d 1 / d 2 , а не d 1 + d 2 . Следовательно, в принципе можно иметь тонкий резонатор субволнового резонатора для заданной частоты, если на этой частоте вторым слоем выступает метаматериал с отрицательной диэлектрической проницаемостью и проницаемостью и соотношение коррелирует с правильными значениями. [ 49 ]
Концептуально полость может быть тонкой, но при этом оставаться резонансной, если соотношение толщин соблюдено. В принципе, это может обеспечить возможность создания субволновых тонких и компактных резонаторов с полостью. [ 49 ]
Миниатюрный резонатор с использованием FSS
[ редактировать ]В метаматериалах на основе частотно-избирательной поверхности (FSS) используются эквивалентные конфигурации LC-схем. Использование ЧСС в резонаторе позволяет добиться миниатюризации, уменьшения резонансной частоты, снижения частоты среза и плавного перехода от быстрой волны к медленной в волноводной конфигурации. [ 51 ]
Полости на основе композитных метаматериалов
[ редактировать ]В качестве применения LHM были изготовлены, экспериментально исследованы и описаны четыре различных резонатора, работающих в микроволновом режиме. [ 52 ]
Земля из метаматериала
[ редактировать ]Распространение мод утечки с заземляющим слоем метаматериала
[ редактировать ]Магнитный диполь помещался на заземляющую плоскость метаматериала (плиты). Метаматериалы имеют либо отрицательные составляющие параметры, либо отрицательную диэлектрическую проницаемость, либо отрицательную проницаемость. Были исследованы дисперсионные и радиационные свойства вытекающих волн, поддерживаемых этими пластинами метаматериала, соответственно. [ 53 ]
Запатентованные системы
[ редактировать ]
Несколько систем имеют патенты .
Системы с фазированной решеткой и антенны для использования в таких системах хорошо известны в таких областях, как телекоммуникации и радиолокация . В целом системы фазированных решеток работают путем когерентной сборки сигналов по всей решетке, используя элементы схемы для компенсации относительных разностей фаз и временных задержек. [ 54 ]
Фазированная антенная решетка
[ редактировать ]Запатентованная в 2004 году антенная система с одной фазированной решеткой полезна в автомобильных радарах. Благодаря использованию NIM в качестве двояковогнутой линзы антенны для фокусировки микроволн боковые лепестки уменьшаются в размерах. Это соответствует уменьшению потерь излучаемой энергии и относительно более широкой полезной полосе пропускания. Система представляет собой эффективную радиолокационную систему с фазированной решеткой с динамическим диапазоном . [ 54 ]
линиях передачи увеличивается Кроме того, амплитуда сигнала на микрополосковых за счет их подвешивания над поверхностью земли на заданном расстоянии. Другими словами, они не контактируют с твердой подложкой. Диэлектрические потери сигнала значительно сокращаются, что снижает затухание сигнала. [ 54 ]
Эта система была разработана для повышения производительности монолитной микроволновой интегральной схемы (MMIC), а также других преимуществ. Линия передачи создается с помощью фотолитографии. Линза из метаматериала, состоящая из тонкой проволочной сетки, фокусирует передаваемые или принимаемые сигналы между линией и элементами излучателя/приемника. [ 54 ]
Линза также выполняет функцию устройства ввода и состоит из ряда периодических элементарных ячеек, расположенных вдоль линии. Линза состоит из нескольких линий одного макияжа; множество периодических элементарных ячеек. Периодические элементарные ячейки состоят из множества электрических компонентов; Конденсаторы и катушки индуктивности как компоненты множества схем с распределенными элементами . [ 54 ]
Метаматериал включает в себя проводящий передающий элемент, подложку, содержащую по меньшей мере первую заземляющую пластину для заземления передающего элемента, множество схем элементарных ячеек, составленных периодически вдоль передающего элемента, и по меньшей мере одно переходное отверстие для электрического соединения передающего элемента по меньшей мере с первый наземный самолет. Он также включает в себя средство для подвешивания этого передающего элемента на заданном расстоянии от подложки таким образом, что передающий элемент располагается на втором заданном расстоянии от плоскости заземления. [ 54 ]
Волноводы и рассеивающие устройства ЭНГ и МНГ
[ редактировать ]Эта структура была разработана для использования в волноводстве или рассеянии волн. Он использует два соседних слоя. Первый слой представляет собой эпсилон-отрицательный (ENG) материал или мю-отрицательный (MNG) материал. Второй слой представляет собой либо материал с двойным позитивом (DPS), либо материал с двойным негативом (DNG). Альтернативно, второй слой может представлять собой материал ENG, когда первый слой представляет собой материал MNG, или наоборот. [ 55 ]
Уменьшение помех
[ редактировать ]
Метаматериалы могут уменьшить помехи между несколькими устройствами за счет меньшего и более простого экранирования. В то время как обычные поглотители могут иметь толщину три дюйма, метаматериалы могут иметь толщину в миллиметровом диапазоне — 2 мм (0,078 дюйма). [ 56 ]
См. также
[ редактировать ]- Акустические метаматериалы
- Хиральность (электромагнетизм)
- Кимета
- Метаматериал
- Маскировка метаматериала
- Технология поверхностных антенн из метаматериалов
- Метаматериалы с отрицательным индексом
- Нелинейные метаматериалы
- Фотонные метаматериалы
- Фотонный кристалл
- Квантовые метаматериалы
- Сейсмические метаматериалы
- Разъемный кольцевой резонатор
- Супер объектив
- Настраиваемые метаматериалы
- Трансформационная оптика
- Акустическая дисперсия
- Копланарный волновод
- Книги
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Слюсарь В.И. 60 лет теории электрически малых антенн.//Материалы 6-й Международной конференции по теории и технике антенн, 17–21 сентября 2007 г., Севастополь, Украина. - Пп. 116 – 118. [1]
- ^ Jump up to: а б с д Енох, Стефан; Тайеб, Г; Сабуру, П; Герен, Н; Винсент, П. (4 ноября 2002 г.). «Метаматериал для направленной эмиссии» (PDF) . Физ. Преподобный Летт. 89 (21): 213902. Бибкод : 2002PhRvL..89u3902E . doi : 10.1103/PhysRevLett.89.213902 . ПМИД 12443413 . Проверено 16 сентября 2009 г.
- ^ Омар Ф., Сиддики; Мо Моджахеди; Джордж В. Элефтериадес (14 октября 2003 г.). «Периодически LTL с эффективным NRI и отрицательной групповой скоростью». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 51 (10): 2619–2625. Бибкод : 2003ITAP...51.2619S . дои : 10.1109/TAP.2003.817556 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Камил, Боратай Аличи; Экмель Озбай (22 марта 2007 г.). «Радиационные свойства разъемного кольцевого резонатора и композита монополя» (PDF) . Физический статус Solidi B. 244 (4): 1192–1196. Бибкод : 2007ПССБР.244.1192А . дои : 10.1002/pssb.200674505 . hdl : 11693/49278 . S2CID 5348103 . Проверено 17 сентября 2009 г.
- ^ У, Б.-И.; В. Ван; Дж. Пачеко; С. Чен; Т. Гжегорчик; Дж. А. Конг (2005). «Исследование использования метаматериалов в качестве подложки антенны для повышения усиления» . Прогресс в исследованиях в области электромагнетизма . 51 : 295–328 (34 страницы). дои : 10.2528/PIER04070701 .
- ^ Ост, Лаура (26 января 2010 г.). «Спроектированные метаматериалы позволяют создавать удивительно маленькие антенны» . Описание результатов исследования . Национальный институт стандартов и технологий . Архивировано из оригинала 4 января 2011 года . Проверено 22 декабря 2010 г. Некоторый контент взят из материалов, являющихся общественным достоянием, на веб-сайте NIST.
- Циолковски, Ричард В .; Цзинь, Пэн; Нильсен, Дж. А.; Таниелян, М.Х.; Холлоуэй, Кристофер Л. (2009). «Экспериментальная проверка Z-антенн на частотах УВЧ» (PDF) . Антенны IEEE и письма о распространении беспроводной связи . 8 : 1329. Бибкод : 2009IAWPL...8.1329Z . дои : 10.1109/LAWP.2009.2038180 . S2CID 5558201 .
- ^ Билотти, Филиберто; Веньи, Лючио. «Маленькие электрические радиаторы на основе метаматериалов: пришло время сделать предварительные выводы и обрисовать будущие проблемы» . Материалы 3-го Международного конгресса по современным электромагнитным материалам в микроволновой печи и оптике, Лондон, Великобритания, 30 августа – 4 сентября 2009 г. МЕТАМОРФОЗА VI AISBL. ISBN 978-0-9551179-6-1 . Архивировано из оригинала 25 августа 2011 года.
- Метаматериалы '2009. Архивировано 26 июня 2011 г. в Wayback Machine - Сессии.
- Труды Виртуального института искусственных электромагнитных материалов и метаматериалов. Архивировано 31 декабря 2010 г. в Wayback Machine.
- ^ Jump up to: а б с д Циолковски, Ричард Влай; Эллисон Д. Киппл (14 октября 2003 г.). «Применение двойных отрицательных материалов для увеличения мощности, излучаемой электрически малыми антеннами» (PDF) . Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 51 (10): 2626. Бибкод : 2003ITAP...51.2626Z . CiteSeerX 10.1.1.205.5571 . дои : 10.1109/TAP.2003.817561 . Проверено 30 ноября 2009 г. [ мертвая ссылка ]
- ^ Jump up to: а б с д и ж Слюсарь В.И. Метаматериалы в антенных решениях.// 7-я Международная конференция по теории и технике антенн ICATT'09, Львов, Украина, 6–9 октября 2009. - С. 19 – 24 [2]
- ^ Jump up to: а б с д Энгета, Надер; Ричард В. Циолковски (июнь 2006 г.). Метаматериалы: физические и инженерные исследования . Уайли и сыновья . стр. 43–85. ISBN 978-0-471-76102-0 .
- ^ «NETGEAR представляет «совершенную сетевую машину» для геймеров, медиа-энтузиастов и малого бизнеса» (...восемь сверхчувствительных внутренних антенн из метаматериала...) . Нью-Йорк Таймс . 20 октября 2009 г. Проверено 20 октября 2009 г.
- ^ Херст, Брайан (28 сентября 2009 г.). «RAYSPAN поставляет 20-миллионную антенну из метаматериала» . Рейтер . Архивировано из оригинала 1 ноября 2009 года . Проверено 20 октября 2009 г.
- ^ Дас, Сасвато Р. (октябрь 2009 г.). «Метаматериалы приходят в мобильные телефоны» (статья в интернет-журнале) . Метаматериальные антенны . IEEE-спектр . Проверено 9 марта 2011 г.
LG Chocolate BL40 — первый мобильный телефон, использующий антенну из метаматериалов
- ^ Шелби, РА; Смит, доктор медицинских наук; Шульц, С. (2001). «Экспериментальная проверка отрицательного показателя преломления». Наука . 292 (5514): 77–79. Бибкод : 2001Sci...292...77S . CiteSeerX 10.1.1.119.1617 . дои : 10.1126/science.1058847 . ПМИД 11292865 . S2CID 9321456 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час Айер, Эшвин К.; Джордж В. Элефтериадес (7 июня 2002 г.). «Метаматериалы с отрицательным показателем преломления, поддерживающие двумерные волны» (PDF) . Дайджест Международного симпозиума по микроволновому оборудованию IEEE MTT-S, 2002 г. (кат. № 02CH37278) . Том. 2. п. 1067. дои : 10.1109/MWSYM.2002.1011823 . ISBN 978-0-7803-7239-9 . S2CID 31129309 . Проверено 8 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Айер, Эшвин К.; Кремер, Питер; Элефтериадес, Джордж (7 апреля 2003 г.). «Экспериментальная и теоретическая проверка фокусировки в большом, периодически нагруженном метаматериале с отрицательным показателем преломления линии передачи» (PDF) . Оптика Экспресс . 11 (7): 696–708. Бибкод : 2003OExpr..11..696I . дои : 10.1364/OE.11.000696 . ПМИД 19461781 . Проверено 8 ноября 2009 г.
- ^ Чен, Хоу-Тонг; и др. (04 сентября 2008 г.). «Гибридные метаматериалы обеспечивают быструю электрическую модуляцию свободно распространяющихся терагерцовых волн» (PDF) . Письма по прикладной физике . 93 (9): 091117 (2008). Бибкод : 2008ApPhL..93i1117C . дои : 10.1063/1.2978071 . Архивировано из оригинала (PDF) 5 июня 2011 г. Проверено 12 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б с Энгета, Надер и ; Ричард В. Циолковски (апрель 2005 г.). «Позитивное будущее дважды-отрицательных метаматериалов» . Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 53 (4): 1535. Бибкод : 2005ITMTT..53.1535E . дои : 10.1109/TMTT.2005.845188 . S2CID 15293380 . Проверено 27 декабря 2009 г.
- ^ Jump up to: а б с Циолковски, Ричард В. и; Чинг-Ин Ченг (7 января 2004 г.). «Настройка двойных отрицательных реакций метаматериала для достижения аномальных эффектов распространения вдоль микрополосковых линий передачи». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 51 (12): 203–206. Бибкод : 2003ITMTT..51.2306C . дои : 10.1109/TMTT.2003.819193 . S2CID 32207634 .
- ^ Технология Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Обратный огонь в Endfire Антенна с утечкой волн. 2003. Архивировано 12 апреля 2010 года в Wayback Machine.
- ^ Калоз, К. (26–28 июля 2007 г.). «Новые антенны из метаматериалов и их преимущества перед традиционными подходами» (PDF) . Комиссия УРСИ Б «Поля и волны» . Симпозиум по электромагнитной теории 2007 (EMTS 2007): 01–03. Архивировано из оригинала (PDF) 13 октября 2008 г. Проверено 24 апреля 2010 г.
- ^ Веб-сайт Комиссии B URSI (2007 г.). «Комиссия URSI B EMT-Симпозиум 2007» . Комиссия URSI B. Архивировано из оригинала (PDF) 4 ноября . Проверено 2 апреля 2010 г.
- ^ Jump up to: а б с Пендри, Джей Би ; Эй Джей Холден; У. Дж. Стюарт (1996). «Чрезвычайно низкочастотные плазмоны в металлических мезоструктурах» (PDF) . Физ. Преподобный Летт. 76 (25): 4773–4776. Бибкод : 1996PhRvL..76.4773P . дои : 10.1103/PhysRevLett.76.4773 . ПМИД 10061377 . Архивировано из оригинала (PDF) 17 июля 2011 г. Проверено 27 сентября 2009 г.
- ^ Бубе, Ричард Х. (1992). Электроны в твердых телах: вводный обзор . Сан-Диего, Калифорния: Elsevier Science . стр. 155, 156. ISBN. 978-0-12-138553-8 . Проверено 27 сентября 2009 г.
- ^ Федеральный стандарт 1037C
- ^ Jump up to: а б с д Санада, Ацуши; Калоз, К.; Ито, Т. (26 февраля 2004 г.). «Характеристики составных правосторонних/левосторонних линий передачи» (PDF) . Письма IEEE о микроволновых и беспроводных компонентах . 14 (2): 68–70. дои : 10.1109/LMWC.2003.822563 . S2CID 22121283 . Архивировано из оригинала (PDF) 22 июля 2007 г. Проверено 28 декабря 2009 г.
- ^ Jump up to: а б Грбич, Энтони; Джордж В. Элефтериадес (15 ноября 2002 г.). «Экспериментальная проверка излучения обратной волны из метаматериала с отрицательным показателем преломления» (PDF) . Журнал прикладной физики . 92 (10): 5930. Бибкод : 2002JAP....92.5930G . дои : 10.1063/1.1513194 . Проверено 30 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б с Элефтериадес, Георг V.; Айер, АК; Кремер, ПК (декабрь 2002 г.). «Плоские среды с отрицательным показателем преломления с использованием периодически нагруженных линий передачи L – C» (PDF) . Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 50 (12): 2702. Бибкод : 2002ITMTT..50.2702E . дои : 10.1109/TMTT.2002.805197 . Проверено 26 ноября 2009 г.
- ^ Jump up to: а б с Грбич, Энтони; Джордж В. Элефтериадес (24 марта 2003 г.). «Растущие затухающие волны в средах линий передачи с отрицательным показателем преломления» (PDF) . Письма по прикладной физике . 82 (12): 1815. Бибкод : 2003ApPhL..82.1815G . дои : 10.1063/1.1561167 . Архивировано из оригинала (PDF) 20 июля 2011 года . Проверено 30 ноября 2009 г.
- ^ Грбич, Энтони; Джордж В. Элефтериадес (7 августа 2002 г.). «Антенна обратной волны на основе LC-сетей с отрицательным показателем преломления» (PDF) . Международный симпозиум Общества антенн и распространения сигналов IEEE (номер по каталогу IEEE 02CH37313) . Том. 4. С. 340–343. дои : 10.1109/APS.2002.1016992 . ISBN 978-0-7803-7330-3 . S2CID 118881068 . Архивировано из оригинала (PDF) 6 июля 2011 года.
- ^ Jump up to: а б с д Элефтериадес, Г.В.; Айер, АК; Кремер, ПК (16 декабря 2002 г.). «Плоские среды с отрицательным показателем преломления, использующие периодически нагруженные LC линии передачи» (PDF) . Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 50 (12): 2702–2712. Бибкод : 2002ITMTT..50.2702E . дои : 10.1109/TMTT.2002.805197 .
- ^ Айер, Эшвин; Питер Кремер; Джордж Элефтериадес (2003). «Экспериментальная и теоретическая проверка фокусировки в большом, периодически нагруженном метаматериале с отрицательным показателем преломления линии передачи» . Оптика Экспресс . 11 (7): 696–708. Бибкод : 2003OExpr..11..696I . дои : 10.1364/OE.11.000696 . ПМИД 19461781 .
- ^ Jump up to: а б с д Чаттерджи, Раджешвари (1996). Теория и практика антенн . Нью-Дели: Нью Эйдж Интернэшнл. стр. 1, 2. ISBN 978-0-470-20957-8 .
- ^ Пендри, Дж.Б.; и др. (1999). «Магнетизм проводников и усиленные нелинейные явления». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 47 (11): 2075. Бибкод : 1999ITMTT..47.2075P . CiteSeerX 10.1.1.564.7060 . дои : 10.1109/22.798002 .
- ^ Сюй, И-Джанг; Хуан, Йен-Чунь; Лих, Цзянн-Шинг; Черн, Джых-Лонг (2004). «Электромагнитный резонанс в деформированных разрезных кольцевых резонаторах из левых метаматериалов». Журнал прикладной физики . 96 (4): 1979. Бибкод : 2004JAP....96.1979H . дои : 10.1063/1.1767290 .
- ^ Айдын, Корай; Булу, Ирфан; Гювен, Каан; Кафесаки, Мария; Сукулис, Костас М; Озбай, Экмель (2005). «Исследование магнитных резонансов при различных параметрах и конструкциях разъемных резонаторов» . Новый журнал физики . 7 (1): 168. Бибкод : 2005NJPh....7..168A . дои : 10.1088/1367-2630/7/1/168 .
- ^ Фанмин Чжу; Цинчун Линь; Цзюнь Ху (2005). «Директивная патч-антенна с крышкой из метаматериала». Материалы Азиатско-Тихоокеанской конференции по микроволновому оборудованию 2005 г. Том. 3. п. 1. дои : 10.1109/APMC.2005.1606717 . ISBN 978-0-7803-9433-9 . S2CID 27288814 .
- ^ Ван, Руй; Юань, Бо; Ван, Гаофэн; Йи, Фан (2007). «Эффективное проектирование директивных патч-антенн в мобильной связи с использованием метаматериалов». Международный журнал инфракрасных и миллиметровых волн . 28 (8): 639. Бибкод : 2007IJIMW..28..639W . дои : 10.1007/s10762-007-9249-1 . S2CID 108959389 .
- ^ Алу, Андреа; Билотти, Филиберто; Энгета, Надер; Веньи, Лусио (2007). «Субволновые компактные резонансные патч-антенны, нагруженные метаматериалами» . Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 55 (1): 13. Бибкод : 2007ITAP...55...13A . дои : 10.1109/TAP.2006.888401 . S2CID 6091311 .
- ^ ВУ, К.; Пан, П.; Мэн, Ф.-Ю.; Ли, Л.-В.; Ву, Дж. (31 января 2007 г.). «Новая рупорная антенна с плоской линзой, разработанная на основе принципа нулевого преломления метаматериалов». Прил. Физ. А. 87 (2): 151–156. Бибкод : 2007ApPhA..87..151W . дои : 10.1007/s00339-006-3820-9 . S2CID 122690235 .
- ^ Эрик Савиц (21 августа 2012 г.). «Билл Гейтс инвестирует в выделение Kymeta интеллектуальных предприятий» . Форбс .
- ^ Кэти М. Палмер (январь 2012 г.). «Intellectual Ventures изобретает антенну из метаматериалов с управлением лучом» . IEEE-спектр . Архивировано из оригинала 3 декабря 2011 года.
- ^ «Kymeta выходит из Intellectual Ventures после закрытия финансирования в размере 12 миллионов долларов» . Сакраменто Би . 21 августа 2012 г. Архивировано из оригинала 1 сентября 2012 г.
Компания намерена коммерциализировать технологию спутниковых антенн IV на основе метаматериалов
- ^ Антенны, созданные из метаматериалов . Университет Аризоны. По состоянию на 12 марта 2011 г.
- ^ Продемонстрированная AFRL технология метаматериалов меняет диаграмму направленности антенны. Архивировано 5 июня 2011 г. в Wayback Machine . Исследование ВВС США. По состоянию на 12 марта 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Алу, А.; Энгета, Н. (2003). «Сопряжение эпсилон-отрицательной пластины с мю-отрицательной пластиной: резонанс, туннелирование и прозрачность» . Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 51 (10): 2558. Бибкод : 2003ITAP...51.2558A . дои : 10.1109/TAP.2003.817553 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г Энгета, Надер (2002). «Идея создания тонких субволновых резонаторов с использованием метаматериалов с отрицательной диэлектрической проницаемостью и проницаемостью» . Антенны IEEE и письма о распространении беспроводной связи . 1 (1): 10–13. Бибкод : 2002IAWPL...1...10E . дои : 10.1109/LAWP.2002.802576 . S2CID 12554352 . Проверено 8 октября 2009 г.
- ^ Алу, Андреа и ; Надер Энгета (январь 2004 г.). «Ведомые моды в волноводе, заполненном парой одинарных отрицательных (SNG), двух отрицательных (DNG) и/или двух положительных (DPS) слоев» . Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 52 (1): 199. Бибкод : 2004ITMTT..52..199A . дои : 10.1109/TMTT.2003.821274 . S2CID 234001 . Проверено 03 января 2010 г.
- ^ Кайаццо, Марко; Мэйси, С.; Энгета, Н. (2004). «Поверхность метаматериала для компактных резонаторов» . Антенны IEEE и письма о распространении беспроводной связи . 3 (14): 261. Бибкод : 2004IAWPL...3..261C . дои : 10.1109/LAWP.2004.836576 . S2CID 25842956 .
- ^ Чаглаян, Хумейра; Булу, я; Лончар, М; Озбай, Э (21 июля 2008 г.). «Экспериментальное наблюдение образования полостей в композиционных метаматериалах» . Оптика Экспресс . 16 (15): 11132–40. Бибкод : 2008OExpr..1611132C . дои : 10.1364/OE.16.011132 . hdl : 11693/13532 . ПМИД 18648427 .
- ^ Баккарелли, Паоло; Бургиньоли, П.; Фрезза, Ф.; Галли, А.; Лампариелло, П.; Ловать Г.; Паулотто, С. (17 января 2005 г.). «Эффекты распространения вытекающих волн в заземленных плитах метаматериала, возбуждаемых дипольным источником». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 53 (1): 32. Бибкод : 2005ITMTT..53...32B . дои : 10.1109/TMTT.2004.839346 . S2CID 14055916 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Антенная система с фазированной решеткой из метаматериала» .
- ^ Энгета, Надер ; Алу, Андреа «Волноводы и рассеивающие устройства, включающие эпсилон-отрицательные и/или мю-отрицательные пластины», патент США № 7 218 190, дата публикации 15 мая 2007 г.
- ^ Мэтью, Финнеган (10 декабря 2010 г.). «Метаматериалы произведут революцию в беспроводной инфраструктуре» . ТехОй . ООО «ДЖЕМ ИТ Медиа» . Проверено 30 декабря 2010 г.
С ростом распространения беспроводных устройств внутри и за пределами дома и на рабочем месте возникают опасения по поводу того, как помехи от внешней электромагнитной среды могут вызвать проблемы с подключением устройств в будущем.
Общие ссылки
[ редактировать ]- Циолковский, Р.В.; Линь, Цзя-Цзин; Нильсен, Жан А.; Таниелян, Минас Х.; Холлоуэй, Кристофер Л. (август – сентябрь 2009 г.). «Проектирование и экспериментальная проверка». Антенны IEEE и письма о распространении беспроводной связи . 8 : 989–993. Бибкод : 2009IAWPL...8..989Z . CiteSeerX 10.1.1.205.4814 . дои : 10.1109/LAWP.2009.2029708 . S2CID 7804333 .
Внешние ссылки
[ редактировать ]- Исследовательская лаборатория ВВС США продемонстрировала технологию метаматериалов, изменяющую диаграмму направленности антенны
- Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и µ Виктор Г. Веселаго.
- Сети СВЧ-линий передачи для сред встречных волн и снижения рассеяния
- Излучение энергии через воздух
- Руководство NTIA по правилам и процедурам управления федеральными радиочастотами. 2011.