• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта

Статья

Анализ физических особенностей метаматериалов и частотно-селективных СВЧ устройств на их основе

Кухаренко А. С., Елизаров А. А.

Одним из перспективных путей развития современной электродинамики и электроники СВЧ является исследование метаматериалов, представляющих собой композитные соединения, свойства которых обусловлены искусственно созданной периодической системой из макроскопических элементов. Однако, эти структуры обладают общим недостатком – узкой рабочей полосой, что объясняется их резонансными свойствами. В статье проведен анализ физических особенностей метаматериалов и конструкций частотно-селективных СВЧ устройств, выполненных на основе грибовидных полосно-заграждающих структур. Предложены способы расширения рабочей полосы указанных устройств, заключающиеся в формировании двухслойных или многослойных топологических структур, в которых слои образованы импедансными частотно-селективными поверхностями. Первый предложенный способ получения такой поверхности заключается в создании дополнительного слоя проводящих пластин, имеющих омический контакт с металлизированными переходными отверстиями, которые в свою очередь также имеют омический контакт с пластинами верхней импедансной поверхности и с плоскостью заземления. Второй предложенный способ заключается в формировании промежуточной импедансной поверхности из периодически расположенных на плоскости вложенных резонаторных колец. Причем резонаторные кольца располагаются в промежуточном слое структуры непосредственно под верхними пластинами концентрически вокруг металлизированного переходного отверстия, не имея омического контакта с ним, диаметр внешнего кольца не превышает длины верхней пластины. Показано, что использование в конструкциях грибовидных полосно-заграждающих структур промежуточных импедансных поверхностей позволяет создавать СВЧ устройства на основе объемных метаматериалов с расширенной полосой пропускания и возможностью ее перестройки, а также многодиапазонные частотно-селективные устройства. С использованием программных средств AWR Design Environment (Microwave Office v.9.0) выполнено численное моделирование таких СВЧ устройств, демонстрирующее эффект расширения рабочей полосы, и приведены результаты экспериментальных исследований, подтверждающие их соответствие с результатами моделирования. Показано, что интерес к исследованию грибовидных полосно-заграждающих структур обусловлен перспективностью их использования для создания частотно-селективных СВЧ устройств с улучшенными характеристиками, в частности, специальных экранов отсечки многолучевости прецизионных антенн для систем геодезии и навигации, а также пространственных фильтров для развязки элементов в антенных решетках.