Рисунок 26 График зависимости S11 от частоты (F) при различных значениях расстояния от волновода до пластинки с грибовидным метаматериалом (в скобках указано расстояние до волновода 15, 20 и 25 мм - значение м=200)

По результатам эксперимента 2 было выяснено, что конструкция с метаматериалом дает наилучшие показатели касательно частоты и ширины полосы согласования при удалении от стенки волновода на 20 мм. Именно при таком расстоянии возможно получить лучшее значение коэффициента стоячей волны. Поэтому полученные ранее зависимости для разных значений коэффициента относительной магнитной проницаемости ферритового покрытия можно считать репрезентативными и достоверными.

Выводы

Согласованные нагрузки на протяжении долгого времени используются в качестве измерителей параметров многополюсников и поглотителей мощности в линии передачи. Неотражающие устройства могут играть роль антенн при настройке передающей аппаратуры. Однако конструктивные требования касательно миниатюризации и расширения полосы рабочих частот требуют поиска новых решений в данной области.

В качестве одного из возможных путей сокращения массы и улучшения показателей коэффициента стоячей волны можно рассмотреть применение метаматериалов. В ходе данной работы было проведено моделирование и расчет частотных характеристик волновода прямоугольного сечения, нагруженного на пластинку с метаматериалом.

По результатам исследования получены следующие выводы:

1. Применение метаматериала положительно влияет на свойства волновода относительно значения коэффициента отражения и коэффициента стоячей волны;

2. Метаматериал без дополнительного покрытия в виде магнитного материала не способен обеспечить значения VSWR в пределах 1-1,5;

3. Покрытие грибовидного метаматериала пленкой из феррита значительно увеличивает поглощение мощности электромагнитной волны, передающейся по волноводу, изучаемой нагрузкой;

4. Наиболее подходящее в рамках поставленной задачи значение относительной магнитной проницаемости феррита составляет м=200, именно при таком показателе наблюдается наилучшее соотношение ширины полосы согласования и величины резонансной частоты конструкции;

5. Для обеспечения работы нагрузки из грибовидного метаматериала в режиме согласования необходимо отодвинуть пластину от края волновода на расстояние 20 мм, так как в этом случае также получены удовлетворительные значения рабочей частоты и ширины полосы согласования.

Таким образом, на основании анализа частотных характеристик разработанной модели волновода с нагрузкой из грибовидного метаматериала была подтверждена возможность применения искусственной периодической структуры в СВЧ-технике. Также была доказана возможность реализации согласованной нагрузки посредством совершенствования конструкции дополнительным покрытием в виде пленки из магнитного материала феррита.

Список литературы

1. Bose J.C. On the rotation of plane of polarization of electric waves by a twisted structure. URL: en.wikisource.org/wiki/On_the_Rotation_of_Plane_of_ Polarisation_of_Electric_Waves_by_a_Twisted_Structure // Proc. Roy. Soc. 1898. №. 63. P. 146-152.

2. Engheta N., Ziolkowski R.W Metamaterials. Physics and Engineering Exploration. John Wiley & Sons, Inc, 2006.

3. Веселаго В.Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями е и м // Успехи физических наук. 1967. № 9. С. 517-526.

4. Pendry J.B. Smith D.R. The quest for the superlens // Scientific American. 2006. № 295. P. 60-67.

5. Eleftheriades G.V., Balmain K.G. Negative-refraction metamaterials. John Wiley & Sons, Inc., 2005.

6. Vendik O.G. Gashinova M.S. Artificial double negative (DNG) media composed by two different dielectric sphere lattices embedded in a dielectric matrix // Proc. EuMC34, Paris, France. 2004. P. 1209-1212.

7. Кухаренко А. Практическое использование метаматериалов в конструкциях устройств СВЧ / Кухаренко А., Елизаров А. - Германия.: LAP LAMBERT Academic Publishing, 2016.

8. Вендик И.Б. Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, № 1. С. 3-28.

9. Радковская А.А. Прудников В.Н., Котельникова О.А., Пальванова Г.С., Прокопьева В.В., Андреенко А.С., Захаров П.Н., Королев А.Ф., Сухоруков А.П.Экспериментальное исследование фоноподобной дисперсии в биатомных магнитных метаматериалах в МГц-диапазоне // Известия РАН. 2014 г. Т. 78, № 2. С. 205-207.

10. Лебедев И.В. Техника и приборы СВЧ. Т. 1. М.: Высшая школа, 1970.

11. Фельдштейн А.Л. Явич Л.Р., Смирнов В.П. Справочник по элементам волноводной техники. М.: Советское радио, 1967.

12. Усанов Д.А. Мещанов В.П., Скрипаль А.В., Попова Н.Ф., Пономарев Д.В., Мерданов М.К. Согласованные нагрузки сантиметрового и миллиметрового диапазонов длин волн на СВЧ фотонных кристаллах // Журнал технической физики. 2017. Т. 87, № 2. С. 216-220.

13. Habar S. Bartolic J., Sipus Z. Waveguide miniaturization using uniaxial negative permeability metamaterial // IEEE transactions on antennas and propagation. 2005. V. 53, № 1. P. 110-119.

14. Li L., Li B., Liu H., Liang C. Locally resonant cavity cell model for electromagnetic band gap structures // IEEE transactions on antennas and propagation. 2006. V. 54, № 1. P. 90-100.

15. Li L., Chen Q., Yuan Q., Liang C., Sawaya K. Surface-wave suppression band gap and plane-wave reflection phase band of mushroomlike photonic band gap structures // Journal of applied physics. 2008. № 103, I. 2.

16. Буторов Е., Ларионов А. Обзор возможностей ANSYS HFSS для трехмерного моделирования СВЧ-устройств произвольной геометрии // САПР и графика. 2012 г. № 1.

17. Sievenpiper D.F. High-impedance electromagnetic surfaces // Los Angeles, University of California. 1999.

18. Наймушин М.П., Соловьянова И.П. Элементы радиочастотных линий передачи: Методическая разработка по курсам «Устройства СВЧ и антенны», «Техническая электродинамика». Екатеринбург: ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет-УПИ», 2005.

19. Елизаров А.А., Назаров И.В., Малинова О.Е., Сидорова Т.В. Использование грибовидных метаматериалов с диэлектрическими подложками в конструкциях прямоугольных волноводов // XI международная отраслевая научно-техническая конференция «Технологии информационного общества»: Сборник трудов. М.: ИД Медиа Паблишер, 2017.

20. Малинова О.Е., Сидорова Т.В. Использование грибовидных метаматериалов в конструкциях прямоугольных волноводов // Межвузовская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В. Арменского: Тезисы докладов. М.: МИЭМ НИУ ВШЭ, 2017.

Размещено на Аllbеst.ru