RU2721156C1 - Способ определения электрофизических параметров метаматериалов - Google Patents

Способ определения электрофизических параметров метаматериалов Download PDF

Info

Publication number
RU2721156C1
RU2721156C1 RU2019126077A RU2019126077A RU2721156C1 RU 2721156 C1 RU2721156 C1 RU 2721156C1 RU 2019126077 A RU2019126077 A RU 2019126077A RU 2019126077 A RU2019126077 A RU 2019126077A RU 2721156 C1 RU2721156 C1 RU 2721156C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
metal substrate
plate
electromagnetic wave
metamaterial
determining
Prior art date
Application number
RU2019126077A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Игоревич Казьмин
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2019126077A priority Critical patent/RU2721156C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2721156C1 publication Critical patent/RU2721156C1/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26—Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Aerials With Secondary Devices (AREA)

Abstract

Использование: для исследования метаматериалов. Сущность изобретения заключается в том, что способ определения электрофизических параметров метаматериалов заключается в размещении пластинки исследуемого материала на металлической подложке, возбуждении вдоль металлической подложки электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, падающей на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «металлическая подложка - исследуемый материал», определении принадлежности исследуемой пластинки к метаматериалу по положению преломленного луча электромагнитной волны относительно нормали к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка» и определении его показателя преломления, электромагнитную волну с вертикальной поляризацией, падающую на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка», возбуждают последовательно на частотах, возрастающих от ƒi до ƒN с дискретным шагом по частоте Δƒ, измеряют коэффициент затухания α(ƒi), α(ƒi+1)…α(ƒN) каждой электромагнитной волны над поверхностью исследуемого материала по линии перпендикулярной к его поверхности по туже сторону нормали к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка», где находится и падающая электромагнитная волна, сравнивают коэффициенты затухания с нулевым значением, если α(ƒi)>0, то принимают решение о том, что пластинка на частоте ƒi является метаматериалом, используя два значения коэффициентов затухания на двух рядом расположенных частотах α(ƒi) и α(ƒi+1), на которых пластинка является метаматериалом, при условии, что
Figure 00000009
определяют ее значения эффективных диэлектрической проницаемости εэф и магнитной проницаемости μэф решая систему из двух дисперсионных уравнений. Технический результат: обеспечение возможности повышения точности определения границ диапазона частот, где исследуемый материал является метаматериалом, а также повышения точности и достоверности измерения его значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей. 3 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике, к новому научному направлению - получению и исследованию метаматериалов, в частности к измерению их электрофизических параметров.
Метаматериалы - это композитные материалы, обладающие уникальными электрофизическими, радиофизическими и оптическими свойствами, отсутствующими в природных материалах. Поскольку метаматериалы являются искусственными материалами и получаются за счет включения в диэлектрический материал (матрицу) искусственного материала (среды), то их электрофизические параметры описываются эффективной диэлектрической εэф и магнитной μэф проницаемостями. Уникальные свойства метаматериалов обусловлены в частности тем, что, метаматериалы могут обладать одновременно отрицательными значениями эффективных диэлектрической εэф и магнитной проницаемостей μэф, вследствие чего возникают электромагнитные волны, у которых фазовая и групповая скорости имеют противоположные направления и в результате возникает отрицательное лучепреломление на границе двух сред (падающий и преломленный лучи лежат по одну и ту же сторону нормали границы раздела сред) [Гуляев Ю.В., Лагарьков А.Н., Никитов С.А. Метаматериалы: фундаментальные исследования и перспективы применения // Вестник Российской академии наук, 2008. Том. 78. №5. С. 438-457].
Заявляемый способ как раз и позволяет определять является ли исследуемый материал метаматериалом в заданном диапазоне частот и, кроме того, после установления этого факта, позволяет определить значения его эффективных диэлектрической εэф и магнитной проницаемостей μэф.
Известен способ определения оптического метаматериала и устройство для его реализации [Патент RU №2551265, МПК7 G01N 21/41, Заявл. 12.12.2013. Опубл. 20.05.2015. Бюл. №14], включающий падение коллимированного светового пучка под углом на пластинку исследуемого материала, нанесении на обе ее поверхности диэлектрического и непрозрачного для светового пучка покрытия, при этом световой пучок проходит внутрь пластинки через входное окно, соизмеримое с толщиной пластинки и выполненное по центру в одном из покрытий. По положению выходного светового пучка относительно нормали к границе раздела сред в точке падения определяют принадлежность пластинки к метаматериалу.
Недостатком способа является то, что, способ эффективно работает только в оптическом диапазоне длин волн. При применении в диапазоне СВЧ - обладает низкой точностью определения диапазона частот, где исследуемый материал является метаматериалом, а также низкой точностью и достоверностью определения значений его эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Известен способ измерения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериалов [Кухаренко А.С. Методика измерения эффективных значений диэлектрической и магнитной проницаемости метаматериалов // Наукоемкие технологии в космических исследованиях земли. 2016. Т. 8, №3. С. 78-87], заключающийся в облучении исследуемого материала электромагнитными волнами с вертикальной или горизонтальной поляризацией, измерении его комплексных коэффициентов передачи и отражения и определении по ним его значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Недостатками способа являются: не позволяет определять, что исследуемый материал является метаматериалом, низкая точность и достоверность измерения его значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ определения электрофизических параметров метаматериалов [с. 254-255 [L. Ran, J. Huangfu, Н. Chen, X. Zhang, K. Chen, Т. Grzegorczyk, and J. Kong, Experimental Study on Several Left-Handed Matamaterials, Progress In Electromagnetics Research, 2005, Vol. 51, pp. 249-279, http://www.jpier.org/PIER/pier.php?paper=0404052, DOI: 10.2528/PIER04040502], заключающийся в размещении пластинки исследуемого материала на металлической подложке, возбуждении вдоль металлической подложки электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, падающей на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «металлическая подложка-исследуемый материал», определении принадлежности исследуемой пластинки к метаматериалу по положению преломленного луча электромагнитной волны относительно нормали к границе раздела «металлическая подложка-исследуемый материал» и определении его показателя преломления.
Недостаткам данного способа являются низкая точность определения границ диапазона частот, где исследуемый материал является метаматериалом, а также низкая точность и достоверность измерения его значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности определения границ диапазона частот, где исследуемый материал является метаматериалом, а также повышение точности и достоверность измерения его значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе определения электрофизических параметров метаматериалов, заключающемся в размещении пластинки исследуемого материала на металлической подложке, возбуждении вдоль металлической подложки электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, падающей на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «металлическая подложка-исследуемый материал», определении принадлежности исследуемой пластинки к метаматериалу по положению преломленного луча электромагнитной волны относительно нормали к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка» и определении его показателя преломления, электромагнитную волну с вертикальной поляризацией, падающую на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка», возбуждают последовательно на частотах, возрастающих от ƒi до ƒN с дискретным шагом по частоте Δƒ,
измеряют коэффициент затухания α(ƒi), α(ƒi+1)…α(ƒN) каждой электромагнитной волны над поверхностью исследуемого материала по линии перпендикулярной к его поверхности по туже сторону нормали к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка», где находится и падающая электромагнитная волна,
сравнивают коэффициенты затухания с нулевым значением,
если α(ƒi)>0, то принимают решение о том, что пластинка на частоте ƒi является метаматериалом,
используя два значения коэффициентов затухания на двух рядом расположенных частотах α(ƒi) и α(ƒi+1), на которых пластинка является метаматериалом, при условии, что
Figure 00000001
определяют ее значения эффективных диэлектрической проницаемости εэф и магнитной проницаемости μэф, решая систему из двух дисперсионных уравнений.
Сущность изобретения состоит в следующем. В прототипе определение принадлежности исследуемой пластинки к метаматериалу на заданной частоте осуществляется по смещению луча электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, возбуждаемой вдоль металлической подложки, падающей на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «металлическая подложка - исследуемый материал», после прохождения им плоскопараллельной пластинки исследуемого материала. Луч на выходе пластинки регистрируется приемным детектором. Способ основан на методах геометрической оптики и при измерениях не учитывается конечная ширина диаграммы направленности приемного детектора, что приводит к снижению точности и достоверности определения смещения выходного луча относительно нормали к границе раздела «металлическая подложка - исследуемый материал».
Кроме того, способ-прототип позволяет определить только значение безразмерного показателя преломления
Figure 00000002
где εэф - эффективная диэлектрическая проницаемость, μэф - эффективная магнитная проницаемость метаматериала. Для раздельного определения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей требуются измерения смещения луча как минимум для двух различных частот электромагнитной волны. Поскольку метаматериал обладает сильной частотной дисперсией диэлектрической и магнитной проницаемостей, измерения необходимо проводить на двух близко расположенных частотах, чтобы ей можно было пренебречь. Так как малые изменения частоты, приводят к небольшим смещениям выходного луча, из-за конечности ширины диаграммы направленности приемного детектора, точность и достоверность определения его смещения значительно снижается.
Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения границ диапазона частот, где исследуемый материал является метаматериалом, а также повысить точность и достоверность измерения его значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.
В предлагаемом способе учитывается, что в области частот, где исследуемый материал является метаматериалом (т.е. эффективная диэлектрическая проницаемость εэф и эффективная магнитная проницаемость μэф одновременно принимают отрицательные значения) электромагнитная волна с вертикальной поляризацией на границе раздела «металлическая подложка - исследуемый материал» переходит в поверхностную электромагнитную волну. Основным свойством поверхностной волны является то, что направление ее распространения ортогонально направлению недиссипативного затухания [Федюнин П.А., Казьмин А.И. Способы радиоволнового контроля параметров защитных покрытий авиационной техники. М.: Физматлит. 2013. стр. 69]. В предлагаемом способе детектирование появления электромагнитной волны по туже сторону нормали, что и падающая электромагнитная волна осуществляется путем измерения коэффициента затухания поля поверхностной волны перпендикулярно поверхности исследуемого материала. Для поверхностной волны коэффициент затухания всегда имеет положительное значение. В предлагаемом способе основными критериями определения принадлежности исследуемого материала к метаматериалу являются: появление поверхностной электромагнитной волны с той же стороны нормали, что и падающая электромагнитная волна и положительное значение ее коэффициента затухания. Таким образом, в предлагаемом способе не производится оценка смещения выходного луча с помощью детектора, а вместо этого измеряются значения коэффициента затухания поля поверхностной волны с той же стороны нормали, что и падающая электромагнитная волна. При этом измерения коэффициента затухания, в отличие от измерения смещения выходного луча, можно произвести при любых значениях частоты с точностью достаточной для определения эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей. Это позволяет для двух значений коэффициентов затухания на двух рядом расположенных частотах составить систему из двух дисперсионных уравнений и определить эффективную диэлектрическую проницаемость εэф и эффективную магнитную проницаемость метаматериала μэф путем решения этой системы.
На фиг. 1 представлен один из возможных вариантов реализации предлагаемого способа определения электрофизических параметров метаматериалов, где цифрами обозначено 1 - исследуемый материал, 2 - радиопоглощающее покрытие, 3 - металлическая поверхность, 4 - нормаль к границе раздела «металлическая поверхность-исследуемый материал», 5 - падающая электромагнитная волна с вертикальной поляризацией, 6 - преломленная электромагнитная волна, 7 - область над исследуемым материалом для измерения коэффициента затухания поверхностной волны, 8 - блок измерения коэффициентов затухания поля поверхностной электромагнитной волны, 9 - блок пороговой обработки и определения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериала, 10 - приемная антенна, 11 - антенна возбуждения электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, 12 - генератор СВЧ.
Назначение элементов схемы
Образец исследуемого материала 1 может быть изготовлен как [с. 254 [L. Ran, J. Huangfu, Н. Chen, X. Zhang, K. Chen, Т. Grzegorczyk, and J. Kong, Experimental Study on Several Left-Handed Matamaterials, Progress In Electromagnetics Research, 2005, Vol. 51, pp. 249-279, http://www.jpier.org/PIER/pier.php?paper=0404052, DOI: 10.2528/PIER04040502], например, в форме параллелограмма. Это позволяет повысить точность позиционирования антенны возбуждения электромагнитной волны с вертикальной поляризацией относительно нормали 4 к границе раздела «металлическая поверхность-исследуемый материал».
Радиопоглощающее покрытие 2 совместно с металлической подложкой 3 образуют параллельный пластинчатый волновод. Он позволяет эффективно возбуждать вдоль металлической подложки электромагнитную волну и устранять внешние мешающие излучения. Радиопоглощающее покрытие может быть, например, типа РАН-28М.
Назначение блока измерения коэффициентов затухания поля поверхностной электромагнитной волны 8 следует из названия самого блока. Измерение коэффициентов затухания может быть осуществлено по результатам косвенных измерений напряженности поля поверхностной волны по нормали к поверхности покрытия [Федюнин П.А., Казьмин А.И. Способы радиоволнового контроля параметров защитных покрытий авиационной техники. М.: Физматлит.2013. стр. 122].
Блок измерения коэффициентов затухания поля поверхностной волны 8 может быть реализован, например, на основе детекторных СВЧ-диодов, аналогово-цифрового преобразователя, микроконтроллера и персональной электронной вычислительной машины (ПЭВМ) [Branislav Korenko и Marek
Figure 00000003
. Автономный цифровой вольтметр на многоканальном АЦП. Электронный журнал Радиолоцман, 2012, ноябрь. С. 67-70. URL: http://www.rlocman.ru /book/book.html?di=144227 (Дата обращения: 26.07.2019)].
Блок пороговой обработки и определения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериала 9 предназначен для сравнения измеренных коэффициентов затухания с нулевым значением, выдачи информации о принадлежности исследуемого материала к метаматериалу и определения его значений эффективной диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Блок пороговой обработки и определения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериала 9 может быть реализован путем решения системы из двух дисперсионных уравнений для поверхностной волны.
С учетом того, что вдоль металлической подложки возбуждается электромагнитная волна с вертикальной поляризацией на границе раздела «металлическая подложка-исследуемый материал» она переходит преимущественно в поверхностную электромагнитную волну Е-типа. При этом дисперсионные уравнения имеют следующий вид [формула (17), р. 1434 [Р. Baccarelli, P. Burghignoli, F. Frezza, A. Galli, P. Lampariello, G. Lovat, and S. Paulotto Fundamental modal properties of surface waves on metamaterial ground-ed slabs, IEEE Transactions on microwave theory and techniques, 2005, vol. 53, N 4, pp. 1431-1442, DOI: 10.1109/TMTT.2005.847880]:
Figure 00000004
где qi - поперечное волновое число в слое метаматериала на частоте ƒi,
Figure 00000005
qi+1 - поперечное волновое число в слое метаматериала на частоте ƒi+1,
Figure 00000006
c=3⋅108 м/с - величина скорости электромагнитных волн в вакууме; b - толщина метаматериала, εэф - эффективная диэлектрическая проницаемость, μэф - эффективная магнитная проницаемость.
Блок пороговой обработки и определения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериала 9 может быть реализован на основе микроконтроллера ATmega2560 [ATmega2560. Datasheet [Электронный ресурс] URL: http://www.atmel.com/Images/Atmel-2549-8-bit-AVR-Microcontroller-ATmega640-1280-1281-2560-2561_datasheet.pdf. (Дата обращения: 26.07.2019)]. Система (1) решается с помощью подпрограммы, которая загружается в микроконтроллер блока 9.
Антенна возбуждения электромагнитной волны с вертикальной поляризацией 11 предназначена для возбуждения вдоль металлической подложки 1 электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, которая дойдя до границы раздела «металлическая подложка-исследуемый материал» переходит в поверхностную электромагнитную волну Е-типа. Антенна возбуждения электромагнитной волны с вертикальной поляризацией может быть реализована на основе открытого конца прямоугольного волновода, например в виде коаксиально-волноводного перехода [Баскаков С.И. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: Высшая школа. 1992. С. 174].
Генератор СВЧ 12 присущ аналогу и реализует формирование СВЧ сигнала на заданной длине волны для антенны возбуждения электромагнитной волны с вертикальной поляризацией 11. Генератор СВЧ может быть построен на основе микросхем типа HMC586LC4B и ADF4158 [Direct Modulation / Generating. 6,1 GHz Fractional-N Frequency Synthesizer. [Электронный ресурс] URL: http:/www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/ADF4158.pdf (Дата обращения: 26.07.2019)].
Устройство работает следующим образом.
Перед началом проведения измерений в блок пороговой обработки и определения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериала 9 вводят толщину исследуемого материала b.
С помощью генератора СВЧ 12 и антенны возбуждения электромагнитной волны с вертикальной поляризацией 11 вдоль металлической поверхности 3 возбуждают электромагнитную волну с вертикальной поляризацией, последовательно, на частотах, возрастающих от ƒi до ƒN с дискретным шагом по частоте Δƒ. За счет того, что исследуемый материал изготовлен в виде параллелограмма, электромагнитная волна, дойдя до исследуемого материала, падает под углом θ1 к нормали 4 границы раздела «металлическая подложка-исследуемый материал».
С помощью приемной антенны 10 и блока измерения коэффициентов затухания 8 для каждой частоты производят измерение значений коэффициентов затухания α(ƒi), α(ƒi+1)…α(ƒN) в области 7 над исследуемым покрытием, т.е. со стороны нормали 4, где расположена и падающая электромагнитная волна с вертикальной поляризацией 5.
Измеренные коэффициенты затухания α(ƒi), α(ƒi+1)…α(ƒN) поступают в блок пороговой обработки и определения значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей метаматериала 9. В блоке 9 сравнивают коэффициенты затухания с нулевым значением и если α(ƒi)>0, то принимают решение о том, что пластинка на частоте ƒi является метаматериалом.
Используя два значения коэффициентов затухания на двух рядом расположенных частотах α(ƒi) и α(ƒi-1), на которых пластинка является метаматериалом, при условии, что
Figure 00000007
определяют ее значения эффективных диэлектрической проницаемости εэф и магнитной проницаемости μэф, решая систему из двух дисперсионных уравнений (1).
Для проверки работоспособности способа проведено электродинамическое моделирование в системе CST Studio suit и экспериментальное исследование.
В качестве тестового материала использовался метаматериал на основе SRR-элементов виде узких полосок металла и кольцевых щелевых резонаторов квадратного типа [р. 11 [B.-I. Wu, W. Wang, J. Pacheco, X. Chen, Т. Grzegorczyk and J. A. Kong A study of using metamaterials as antenna substrate to enhance gain, Progress In Electromagnetics Research, 2005, vol. 51, pp. 295-328, http://www.jpier.org/PIER/pier.php?paper=0407071, DOI:10.2528/PIER04070701]. Геометрические параметры метаматериала были подобраны таким образом, что в области частот от 8,9 ГГц до 9,4 ГГц обеспечивались одновременно отрицательные значения эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.
Пластина исследуемого метаматериала состояла из 2400 SRR-элементов. Исследуемая пластина метаматериал показана на фиг. 2. Проведенное моделирование в системе CST Studio suit и экспериментальное исследование показало, что в области частот, где эффективные диэлектрическая и магнитная проницаемости одновременно принимают отрицательные значения, наблюдается возникновение поверхностной электромагнитной волны Е-типа. Это следует из характерного поведения поля - поле экспоненциально затухает перпендикулярно поверхности. Характер поведения напряженности поля поверхностной волны Е-типа над метаматериалом показан на фиг. 3. Значение коэффициента затухания поля на частоте 9,01 ГГц составляет 201,7 м-1.
Проведено определение эффективных значений диэлектрической и магнитной проницаемостей по коэффициентам затухания на двух близко расположенных частотах ƒ1=9,01 ГГц и ƒ2=9,02 ГГц. Соответствующие им коэффициенты затухания равны: α(ƒl)=201,7 м-1 и α(ƒ2)=194,92 м-1. Значения эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей, полученные путем решения системы (1), имеют отрицательные значения εэф=-0,9 и μэф=-2,8 соответственно. Проницаемости вычислены без учета потерь в метаматериале.
Приведенное электродинамическое моделирование и экспериментальные исследования метаматериала показали принципиальную возможность надежной идентификации того, что исследуемый материал, является метаматериалом, а также возможность одновременного измерения его эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей на основе разработанного способа.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить точность определения границ диапазона частот, где исследуемый материал является метаматериалом, а также повысить точность и достоверность измерения его значений эффективных диэлектрической и магнитной проницаемостей.

Claims (5)

  1. Способ определения электрофизических параметров метаматериалов, заключающийся в размещении пластинки исследуемого материала на металлической подложке, возбуждении вдоль металлической подложки электромагнитной волны с вертикальной поляризацией, падающей на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «металлическая подложка - исследуемый материал», определении принадлежности исследуемой пластинки к метаматериалу по положению преломленного луча электромагнитной волны относительно нормали к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка» и определении его показателя преломления, отличающийся тем, что электромагнитную волну с вертикальной поляризацией, падающую на пластинку исследуемого материала под углом к нормали, проведенной вдоль металлической подложки к границе раздела «металлическая подложка-исследуемый материал», возбуждают последовательно на частотах, возрастающих от ƒi до ƒN с дискретным шагом по частоте Δƒ,
  2. измеряют коэффициент затухания α(ƒi), α(ƒi+1)…α(ƒN) каждой электромагнитной волны над поверхностью исследуемого материала по линии перпендикулярной к его поверхности по туже сторону нормали к границе раздела «исследуемый материал - металлическая подложка», где находится и падающая электромагнитная волна,
  3. сравнивают коэффициенты затухания с нулевым значением,
  4. если α(ƒi)>0, то принимают решение о том, что пластинка на частоте ƒi является метаматериалом,
  5. используя два значения коэффициентов затухания на двух рядом расположенных частотах α(ƒi) и α(ƒi+1), на которых пластинка является метаматериалом, при условии, что
    Figure 00000008
    определяют ее значения эффективных диэлектрической проницаемости εэф и магнитной проницаемости μэф, решая систему из двух дисперсионных уравнений.
RU2019126077A 2019-08-16 2019-08-16 Способ определения электрофизических параметров метаматериалов RU2721156C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126077A RU2721156C1 (ru) 2019-08-16 2019-08-16 Способ определения электрофизических параметров метаматериалов

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126077A RU2721156C1 (ru) 2019-08-16 2019-08-16 Способ определения электрофизических параметров метаматериалов

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2721156C1 true RU2721156C1 (ru) 2020-05-18

Family

ID=70735291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126077A RU2721156C1 (ru) 2019-08-16 2019-08-16 Способ определения электрофизических параметров метаматериалов

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2721156C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758390C1 (ru) * 2020-12-29 2021-10-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ определения электрофизических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий с частотной дисперсией в диапазоне свч

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2258214C1 (ru) * 2004-03-17 2005-08-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Свч-способ измерения длины, толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия на металлической поверхности
RU2326368C1 (ru) * 2006-12-14 2008-06-10 ГОУ ВПО "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Способ измерения параметров структуры "металлическая пленка - полупроводниковая или диэлектрическая подложка"
RU2338179C1 (ru) * 2006-12-27 2008-11-10 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) Свч-способ определения поверхностной влажности диэлектрических покрытий на металле и устройство, реализующее способ
RU2552106C1 (ru) * 2014-04-29 2015-06-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины покрытий на металле

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2258214C1 (ru) * 2004-03-17 2005-08-10 Тамбовский военный авиационный инженерный институт Свч-способ измерения длины, толщины и диэлектрической проницаемости диэлектрического покрытия на металлической поверхности
RU2326368C1 (ru) * 2006-12-14 2008-06-10 ГОУ ВПО "Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Способ измерения параметров структуры "металлическая пленка - полупроводниковая или диэлектрическая подложка"
RU2338179C1 (ru) * 2006-12-27 2008-11-10 Тамбовское высшее военное авиационное инженерное училище радиоэлектроники (военный институт) Свч-способ определения поверхностной влажности диэлектрических покрытий на металле и устройство, реализующее способ
RU2552106C1 (ru) * 2014-04-29 2015-06-10 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Свч-способ определения диэлектрической проницаемости и толщины покрытий на металле

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, C. M. Soukoulis, Determination of effective permittivity and permeability of metamaterials from reflection and transmission coefficients, PHYSICAL REVIEW B, VOLUME 65, 19 April 2002. *
D. R. Smith, S. Schultz, P. Markos, C. M. Soukoulis, Determination of effective permittivity and permeability of metamaterials from reflection and transmission coefficients, PHYSICAL REVIEW B, VOLUME 65, 19 April 2002. Кухаренко Александр Сергеевич, МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯ ЭФФЕКТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МЕТАМАТЕРИАЛОВ, НАУКОЕМКИЕ ТЕХНОЛОГИИ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗЕМЛИ, cтр. 78-87, T. 8. N 3, 2016. *
Кухаренко Александр Сергеевич, МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЯЭФФЕКТИВНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ МЕТАМАТЕРИАЛОВ, НАУКОЕМКИЕТЕХНОЛОГИИ В КОСМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ ЗЕМЛИ, cтр. 78-87, T. 8. N 3, 2016. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2758390C1 (ru) * 2020-12-29 2021-10-28 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Способ определения электрофизических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий с частотной дисперсией в диапазоне свч

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Hasar et al. Retrieval approach for determination of forward and backward wave impedances of bianisotropic metamaterials
CN103645154A (zh) 一种利用太赫兹光谱信号提取材料光学常数的方法
RU2721156C1 (ru) Способ определения электрофизических параметров метаматериалов
RU2604094C1 (ru) Свч способ обнаружения неоднородностей в диэлектрических покрытиях на металлической подложке
RU2522775C1 (ru) Способ пассивной локализации ребер прямоугольного металлического параллелепипеда в инфракрасном излучении
Zhang et al. High sensitivity refractive index sensor based on frequency selective surfaces absorber
Benson et al. Permittivity and permeability tensor extraction technique for arbitrary anisotropic materials
Saillard et al. Electromagnetic scattering from bounded or infinite subsurface bodies
Goray et al. Boundary integral equation methods for conical diffraction and short waves
Hasar et al. Method for electromagnetic property extraction of sublayers in metal-backed inhomogeneous metamaterials
VanderGaast et al. Design and validation of inert homemade explosive simulants for ground penetrating radar
Skobelev et al. Analysis of 1D periodic dielectric structures using a hybrid projection method
RU2713162C1 (ru) Способ определения диэлектрической проницаемости материала
Nikitin et al. Control of the conducting surface by terahertz surface electromagnetic waves
Jin et al. Extraction of material parameters of a bi-layer structure using Terahertz time-domain spectroscopy
Baghdasaryan et al. Enhancement of air-ground matching by means of a chirped multilayer structure: Electromagnetic modeling with the method of single expression
Khalaj-Amirhosseini Analysis of lossy inhomogeneous planar layers using equivalent sources method
Datta et al. Microwave imaging sensor system using metamaterial lens for subwavelength resolution
Aristov et al. Determination of the electrophysical parameters of dielectric objects via the processing of ultra-wideband pulse radar signals
Kaz’min et al. Testing electrophysical parameters of metamaterials by the method of surface electromagnetic waves
Hong et al. Simulation of surface plasmon resonance sensor
Nazarov et al. Thin and thick dielectric films for THz surface plasmon control
Vologdin et al. Fluctuations of the wave amplitude level in a plane-layered medium with random irregularities
Gerasimov et al. A diagnostic complex for studying terahertz surface plasmon polaritons generated by the Novosibirsk free electron laser
Kaliberda et al. Singular Integral Equations in THz Waves Scattering by Finite Number of Graphene Strips with Dielectric Substrate