Глава
Моделирование сенсора на грибовидном метаматериале с ферритовым слоем
В данной работе предложено использовать сенсор на грибовидном метаматериале для исследования параметров ферритовой плёнки. Исследование параметров производится путём анализа S-параметров, полученных в результате моделирования.
В книге
Проведены исследования чувствительного элемента на планарном грибовидном метаматериале. Представлены результаты численного анализа параметров чувствительного элемента для измерения физических величин и параметров технологических процессов с использованием программных средств CST Studio Suite. Показано, что такой чувствительный элемент обладает геометрическими размерами меньшими рабочей длины волны и высокой собственной добротностью.
Современный этап развития микроволновой техники связан с использованием различных видов метаматериалов – композитных материалов, не существующих в природе и отличающихся отрицательными значениями диэлектрической и магнитной проницаемости, как по отдельности (SNG – single negative), так и одновременно (DNG –double negative). В последнем случае такая среда приобретает новые необычные свойства, а ее применение позволяет управлять законами дисперсии, преломления и отражения электромагнитных волн в известных электродинамических структурах [1, 2]. Анизотропные свойства метаматериала оказывают различное влияние на характеристики и параметры систем в зависимости от ориентации относительно падающей волны. Так известен эффект обратного распространения волны в волноводных структурах, который происходит, когда продольная магнитная проницаемость положительна, а поперечная отрицательна [3, 4]. При этом на резонансной частоте элементарной ячейки метаматериала волновод поддерживает распространение обратных волн ниже граничной частоты основной моды H10. В таком случае низшая частота распространения волны в волноводе, а, следовательно, возможность уменьшения его габаритных размеров, определяются возможностью создания одноосного метаматериала с отрицательной магнитной проницаемостью в заданном диапазоне частот [5, 6]. В работе приведены результаты компьютерного моделирования распространения электромагнитных колебаний в стандартном прямоугольном волноводе типа R32 с поперечным сечением 72,14х34,04 мм, одна из широких стенок которого выполнена в виде магнитной стенки из грибовидного метаматериала [7-10]. С помощью программных средств Ansoft HFSS ver.13 получены зависимости распределения поля при возбуждении основной моды H10, характеристики комплексных коэффициентов отражения S11 и передачи S21 от частоты и диаграммы направленности излучения из конца волновода в ближней зоне.
В работе приведены результаты компьютерного моделирования распространения электромагнитных колебаний в стандартном прямоугольном волноводе типа R32 с поперечным сечением 72,14х34,04 мм, одна из широких стенок которого выполнена в виде магнитной стенки из грибовидного метаматериала. С помощью программных средств Ansoft HFSS ver.13 получены зависимости распределения поля при возбуждении основной моды H10, характеристики комплексного коэффициента отражения S11 от частоты и диаграммы направленности излучения из конца волновода в ближней зоне. Показана возможность распространения в такой структуре волн на частоте ниже критической. Отмечены перспективные направления использования метаматериалов в волноводной технике – во-первых, это уменьшение габаритных размеров волноводных устройств, а во-вторых, создание волноводных фильтров с улучшенными параметрами и характеристиками.
Предложены методы расширения полосы заграждения СВЧ- устройств, выполненных на основе планарных модифицированных грибовидных метаматериалов, представляющих собой либо двух слойные топологические структуры с частотно селективными поверхностями, либо многослойные объемные структуры с промежуточными слоями, содержащими кольцевые разомкнутые резонато ры. Выполнено компьютерное моделирование таких СВЧ- устройств, наглядно демонстрирующее эффект расширения полосы заграждения от двух до шести раз. Приведены результаты эксперимен тальных исследований, подтверждающие достоверность данных численного моделирования.