Мульти

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 3641 (2023) Цитировать эту статью

947 Доступов

Подробности о метриках

В этой работе исследуется мультирезонансная метаповерхность, которую можно адаптировать для поглощения микроволн на одной или нескольких частотах. Показано, что формы поверхности, основанные на «якорном» мотиве, включающем резонансные элементы шестиугольной, квадратной и треугольной формы, легко адаптируются для обеспечения заданного диапазона микроволновых откликов. Экспериментально охарактеризована метаповерхность, состоящая из травленого медного слоя, расположенного над плоскостью заземления тонким (< 1/10 длины волны) диэлектриком с низкими потерями. Фундаментальные резонансы каждого фасонного элемента проявляются на частотах 4,1 ГГц (треугольный), 6,1 ГГц (квадратный) и 10,1 ГГц (шестиугольный), что обеспечивает возможность одно- и многочастотного поглощения в диапазоне, представляющем интерес для пищевой промышленности. . Измерения отражательной способности метаповерхности показывают, что три фундаментальные моды поглощения в значительной степени не зависят от падающей поляризации, а также от углов азимута и места.

Использование метаматериалов в качестве поглотителей радиочастот (РЧ) представляло интерес для многих исследователей1,2,3,4,5,6. Подавляющее большинство изученных структур основано на периодическом расположении элементарных ячеек заранее заданных размеров. Эти периодические метаматериалы (лучше называть «метаповерхности») имеют широкий спектр потенциальных применений, включая уменьшение радиолокационного сечения (ЭПР)3, зондирование1,4 и проектирование солнечных элементов1,5.

Один из простейших примеров такого поглотителя иллюстрируется работой некоторых современных авторов7, выполненной в 2004 году. В их исследовании было показано, что структура, состоящая из массива тонких металлических полосок, отделенных от заземляющего слоя тонким диэлектрическим сердечником, является очень эффективным узкополосным поглотителем. Резонансные частоты структуры просто определялись шириной металлических полосок, их расстоянием от земли, зазором между полосками, а также относительной диэлектрической проницаемостью и толщиной диэлектрического сердечника. В экспериментах они продемонстрировали сильную полосу поглощения на частоте около 7 ГГц в структуре толщиной менее 400 мкм (примерно в 100 раз меньше длины волны).

В последующие годы эти простые поглотители были адаптированы с использованием ряда различных периодических моделей и структур8,9,10,11,12. Большая часть работы была сосредоточена на добавлении дополнительных резонансов или расширении полосы пропускания. Эти подходы включали использование многослойных структур13, мультирезонансных элементарных ячеек14,15,16, фрактальной геометрии17,18,19, непериодических структур20,21,22,23 и магнитных материалов24. Использование многослойных структур предлагает чрезвычайно эффективный метод расширения полосы поглощения. Однако расширение мод происходит за счет увеличения общей толщины поглотителя, что может быть нежелательно для некоторых приложений. Слоистые метаповерхности также часто требуют точного выравнивания слоев, что усложняет изготовление устройств. Другой подход к расширению полосы поглощения заключается в создании элементарной ячейки с несколькими резонансными структурами, которые работают в соседних (а возможно, и перекрывающихся) диапазонах частот.

Недавно было предложено несколько метаповерхностей с близко расположенными резонансами25. Эти структуры представляют интерес из-за приложений, которые могут потребовать селективной связи с дискретными резонансными модами. Был предложен ряд сложных структур, либо в качестве метаповерхностей, либо в качестве частотно-селективных поверхностей (FSS)26,27,28,29,30,31,32. При проектировании метаповерхности для большинства приложений ключевыми особенностями являются контроль поляризации и угловая стабильность. Чтобы удовлетворить этим критериям, часто исследуют гексагональные структуры, поскольку они обеспечивают высочайший уровень двумерной симметрии.

В этой статье, основываясь на идее близко разделенных резонансных мод, мы изучаем резонансные свойства новых структур в форме якоря с тремя локализованными резонансными модами. Узоры находятся над плоскостью заземления, которую можно просто мозаично разложить, создавая структуры, поглощающие радиочастотные волны, подобные эталонным7. В общем, существует четыре основных типа групп элементов резонатора, которые были классифицированы в 3: N-полюсы (Группа 1), скошенные формы (Группа 2), сплошные формы (Группа 3) и комбинация остальных (Группа 3). Группа-4). Якорные структуры, исследованные в этой работе, относятся к резонаторам группы 1. Целью этого исследования было определение метаповерхности, которая поддерживает одновременно несколько углово-независимых локализованных резонансов, обеспечивая многочастотную функциональность, но с возможностью деактивации одной или нескольких полос путем незначительных модификаций рисунка с минимальным влиянием на производительность остальных полос. .