- предметів
- реферат
- вступ
- Проектування та виготовлення
- Результати і обговорення
- висновки
- Методи отримання розсіяного поля з діелектричного зразка
- Детальніше
- Коментарі
предметів
- Електротехнічна та електронна техніка
- Електронні та спінтронічні пристрої
реферат
У цій статті представлена гнучка та розширювана "шкіра" на основі метаматеріалів або мета-шкіри з регульованою частотою, селективною та маскуючою ефектами в режимі частоти мікрохвиль. Мета-шкіра складається з набору резонаторів з розщепленим кільцем рідкого металу (SRR), вбудованих в розширюваний еластомер. Коли мета-розтягується, він діє як регульована по частоті селективна поверхня з широким діапазоном резонансної настройки частоти. Обмотуючись навколо криволінійного діелектричного матеріалу, мета-шкіра діє як гнучка "маскуюча" поверхня, яка значно пригнічує розсіювання з поверхні діелектричного матеріалу в різних напрямках. Ми вивчали частотні характеристики багатошарових метакінів на розтягнення в площинному напрямку та на зміни інтервалу між сусідніми шарами у вертикальному напрямку. Ми також досліджували ефект придушення розсіювання мета-шкіри, покритої кінцевим діелектричним стрижнем у вільному просторі. Ця мета-шкірна технологія буде корисною для багатьох електромагнітних застосувань, таких як налаштування частоти, екранування та придушення розсіювання.
У цій статті ми представляємо гнучку та розтяжну мета-шкіру та її частотно-селективні та маскуючі ефекти. Мета-шкіра складається з набору рідких металевих метатомів SRR, укладених всередині еластомеру. Ми показуємо, що, розтягуючи декілька шарів мета-обшивок вздовж їх поверхонь у площині і змінюючи відстань між мета-обшивками у вертикальному напрямку, мета-обшивки можуть виступати як високоефективна регульована по частоті селективна поверхня з широким діапазоном налаштування. Крім того, мета-шкіра здатна обернути об'єкт взаємодії в будь-якій формі. Ми показуємо, що, намотуючи його на діелектричний циліндричний стрижень, спостерігається значне придушення розсіювання або ефект "маскування". Поле розсіювання від діелектричного стрижня під різними кутами пригнічується в розрахованій частотній області. Отже, ця мета-шкірна технологія відрізняється від традиційних стелс-технологій, які часто лише зменшують зворотне розсіювання, тобто енергію, що відбивається назад до зонда 47 зондами. Сучасна наукова робота прагне заповнити пробіл від одного розширюваного метаатома до великих мір метаматеріалів, досліджуючи можливість реалізації резонансної настройки площинних метаматеріалів та маскуючий ефект криволінійних метаматеріалів.
Проектування та виготовлення
На рис. 1а показана структура пропонованого SRR-файлу, що працює в режимі X-Band. Пристрій має внутрішній радіус a = 2,0 мм, зовнішній радіус b = 2,5 мм, товщину h = 0,5 мм, зазор g = 1,0 мм і постійну решітки p = 7,5 мм. Набір SRR виготовлений з EGaIn та покритий силіконовим еластомером (Ecoflex). Товщина Ecoflex становить d = 1,45 мм. Ми провели моделювання ЕМ для оцінки резонансної частоти поля за допомогою програмного забезпечення HFSS (Ansys High Frequency Structure Simulator). Як показано на фіг. La, поле SRR зафіксовано в площині xy, а магнітне поле ( H ) паралельний напрямку z і проникає в SRR, збуджуючи тим самим магнітний резонанс. За допомогою вищезазначених геометричних параметрів імітується резонансна частота для поля SRR 9, 84 ГГц. Розподіл поверхневого струму на резонансній частоті показано на фіг. Ла. Розтягування мета-шкіри (рис. 1b) буде модулювати постійну решітки, форму SRR та взаємодію між резонаторами. Резонансна частота мета-шкіри відповідно змінюється.
a ) Геометрія та модельований розподіл струму поверхні поверхні шкіри. ( b ) Фотографії нерозширеної та розширеної мета-шкіри. Шкала шкали 5 мм. c ) фотографія діелектричного нейлонового стрижня довжиною 30, 48 см і діаметром 3175 см, загорнутого в мета-шкіру. d ) Демонструючи гнучкість за допомогою скляної банки, яка має мета-шкіру.
Повнорозмірне зображення
Повнорозмірне зображення
Результати і обговорення
Вимірювання ЕМ проводили у вільному просторі. Шість мета-шкір було складено з початковою відстанню d = 3 мм між сусідніми мета-шкірами. Для вимірювання спектральних реакцій зразка використовували програмований векторний аналізатор мережі (VNA, Agilent E8364). Для створення квазіплощинного освітлення хвилі меташкіри розміщували між двома кутовими антенами (одна як передавач, а інша як приймач) у віддалених областях поля. Оскільки меташкіри були розміщені в площині електричного поля Е антени, магнітного поля H sa може поєднуватися з магнітним резонансом від струмового контуру в SRR (див. вставку на малюнку 3).
У цьому експерименті відстань між сусідніми шарами становить d = 3 мм. Вставка показує схему налаштування.
Повнорозмірне зображення
Завдяки розтяжності мета-шкіри, розміри SRR можна змінювати, розтягуючи в різні боки. Наші попередні дослідження показали, що індуковані розтягом розмірні зміни SRR можуть впливати на еквівалентну індуктивність та ємність SRR, тим самим зміщуючи його резонансну частоту 39. У цій роботі, коли багатошарові шари метану розтягуються вздовж напрямку поширення хвилі (k) із коефіцієнтом розтягування 0%, 15, 9%, 29, 7%, 36, 4% та 50%, шкірні мета-шкірні резонанси спостерігалися на частотах 9, 84 ГГц, 9, 76 ГГц, 9, 47 ГГц, 9, 27 ГГц і 9, 15 ГГц. Результати вимірювань показані на фіг. 3 пунктир. Для перевірки виміряних результатів було проведено повномасштабне моделювання ЕМ на основі HFSS з використанням періодичних граничних умов на одиницях SRR. Результати моделювання з різними коефіцієнтами розтягування показані на фіг. 3 суцільні лінії. Модельовані та експериментальні результати досягли хорошої згоди в тенденції резонансного зсуву частоти. Меншу різницю в резонансній частоті та смузі пропускання можна пояснити точністю моделі.
Змінюючи інтервал d між двома сусідніми шарами, можна також налаштувати резонанс 6-шарових метаїнів. Інтервал тут визначали вставкою піни (відносна діелектрична проникність близька до одиниці). На малюнках 4a, b показані спектральні реакції меташкірів на різні рівні деформації для інтервалів d1 = 13 мм і d2 = 17 мм. У міру подальшого віддалення меташкірів взаємна індуктивність між резонаторами в сусідніх шарах 48 зменшувалася. Як результат, очікується збільшення резонансної частоти меташкірів. У випадку з нерозширеним зразком резонансна частота фактично змістилася з 9,84 ГГц на 11,9 ГГц, оскільки вертикальні відстані збільшились з 3 мм до 13 мм. По мірі подальшого збільшення d до 17 мм, резонансна частота змістилася до 12,4 ГГц. Подібним чином, розтягуючи багатошарові металеві конверти вздовж їх поверхонь у горизонтальному напрямку, також було помічено, що резонансна частота рухається до нижчих частот. Отже, змінюючи відстань між мета-обшивками у вертикальному напрямку та розтягуючи металеві обшивки в площині, можна значно розширити діапазон настройки резонансної частоти мета-обшивки.
Експериментальні спектри проникності регульованих шестишарових метакінів з різними коефіцієнтами витягування 0%, 15, 9%, 29, 7%, 36, 4% та 50% для двох різних інтервалів між сусідніми шарами: d 1 = 13 мм ( a ) і d 2 = 17 мм ( b ).
Повнорозмірне зображення
Повнорозмірне зображення
Виміряний коефіцієнт розсіювання для оголеного діелектричного стрижня (зелений - непокритий), стрижня, покритого полімером Ecoflex (червоний - полімер) та стрижня, покритого металевою шкірою (синій - мета шкіра) під кутами 9 = 37, 5 o ( a ), 45 o ( b ), 60 o ( c ), 90 o ( d ) і 105 o ( e ). Середній коефіцієнт дисперсії під різними кутами наведено в ( f ).
Повнорозмірне зображення
Вся мета-шкіра залишалася повністю функціональною після багаторазових вимірювань без втоми та тріщин. Це тому, що рідкі металеві SRR можуть текти та трансформуватися у відповідь на використовувані деформації. На додаток до простого кругового SRR, багато інших магнітно-резонансних структур можуть бути використані в середовищі мета-шкіри для здійснення вибору частоти та придушення розсіювання 49. Крім того, крім магнітних резонаторів, в той самий еластомер можуть бути інтегровані резонансні конструкції з рідких металів, такі як дроти. Це дасть можливість досягти негативного показника для маскування додатків. Крім того, різні інші розширювані та гнучкі діелектричні носії середовища можуть бути використані для вбудовування цих резонансних структур рідкого металу. Це дасть нам більшу гнучкість у контролі втрати тангенсу мета-шкіри. У мікрохвильовому частотному режимі діелектричні втрати є домінуючими, і різні діелектричні матеріали основи можуть впливати на тангенс втрат. На більш високих частотах, таких як терагерц, коли омічні втрати стають значними, для утворення резонансних одиниць потрібні інші типи рідких металів або провідні матеріали.
висновки
Розширювана та зручна для носіння мікрохвильова мета-шкіра була розроблена шляхом вставки серії рідких металів SRR у сильно розтягуваний еластомер. Ми показали сильну здатність мета-шкіри налаштовувати резонанс частотно-селективної поверхні та придушувати розсіювання з криволінійної поверхні діелектричного матеріалу в різних напрямках. Поєднуючи площинне розтягнення та вертикальний інтервал, резонансна частота багатошарових метеоформ була налаштована на 9, 15 - 12, 38 ГГц. Обмотуючи діелектричний стрижень кінцевою довжиною мета-шкіри, розсіювання на поверхні стрижня було придушено приблизно на 75% при 8-10 ГГц. Сучасна технологія мета-обшивки знайде багато застосувань у налаштуванні, екрануванні та придушенні розсіювання ЕМ.
Методи отримання розсіяного поля з діелектричного зразка
Розсіяне поле було отримано відніманням поля удару (
) із загального поля (). Ця операція може не тільки вивести поле, розсіяне від зразка, але і мінімізувати безлад у фоновому режимі в експерименті. Було проведено два послідовних вимірювання. Спочатку зразок поміщали у визначене місце і
a ) Сирий і оброблений коефіцієнт розсіювання для капронового стрижня, покритого мета-шкірою під кутом θ = 90 °. ( b ) Сигнал домену, обмежений часом.
Повнорозмірне зображення
Використовуючи рівняння 1, ми отримали розсіяне поле з вищезазначених трьох різних зразків. Оброблене розсіяне поле для зразка, покритого мета-шкірою, показано на фіг. 7а червона суцільна лінія. Порівняно з S (ω), після видалення безладу з S (co) він стає гладким, тоді як інформація розсіювання все ще міститься.
Детальніше
Як цитувати цю статтю: Ян, С. та ін. Від гнучкого та розширюваного мета-атома до метаматеріалу: носіння мікрохвильової мета-шкіри з регульованою частотою, селективним та маскуючим ефектом Наук. Респ. 6, 21921; doi: 10, 1038/srep21921 (2016).
Коментарі
Надсилаючи коментар, ви погоджуєтесь дотримуватись наших Умов надання послуг та Правил спільноти. Якщо ви вважаєте щось образливим або не відповідаєте нашим умовам чи інструкціям, позначте це як невідповідне.