РПМ на основе метаматериала

Другая возможность снижения отражения ЭМИ от внешней поверхности связана с использованием материалов, в верхних слоях которых создаются периодические, так называемые киральные проводящие структуры, кооперативно взаимодействующие с электромагнитным излучением. Конструкции каждого такого элемента и всего их ансамбля могут быть самыми разнообразными [11]. В этом случае структуры рассчитываются таким образом, чтобы диаграмма направленности распространяющейся энергии была по возможности двумерной и лежала в плоскости отражающего материала (покрытия). При этом для снижения отражения от плоских проводящих элементов, площадь, занимаемая такими структурами, должна быть минимальной. Поскольку такая структура, возбуждаясь от постороннего источника, передает запасенную энергию в окружающее пространство, то аналогом такой структуры может быть передающая сверхнаправленная антенна с большой радиационной добротностью [12]. Подобные радиопоглощающие материалы называются радиопоглощающими поверхностями на основе метаматериала.

Метаматериалы - это композиты, обладающие уникальными электрофизическими, радиофизическими и оптическими свойствами, отсутствующими в природных материалах [13].

Новые свойства метаматериалов обусловлены резонансным взаимодействием электромагнитной волны, распространяющейся в гетерогенной среде, наполненной включениями, имеющими специальную форму, обеспечивающую резонансное возбуждение токов. Резонансное взаимодействие носит непотенциальный характер, что, наряду с интерференционными коллективными процессами, приводит к возникновению новых эффектов. В частности, метаматериалы могут обладать одновременно отрицательными: магнитной проницаемостью и электрической восприимчивостью, вследствие чего возникают электромагнитные волны, у которых фазовая и групповая скорости имеют противоположные направления и в результате возникает отрицательное лучепреломление на границе двух сред. Пример отличия можно увидеть на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 - Преломление электромагнитной волны в классической среде.

Рисунок 4 - Преломление электромагнитной волны.

Полученный материал относительно узкополосный, хотя он обладает свойствами, которыми традиционные поглощающие материалы не обладают. А именно, при низких частотах диэлектрическая и магнитная проницаемости слоя малы и слой становится прозрачным, что является важным для решения ряда задач электромагнитной совместимости.

Радиопоглощающий материал (РПМ) на основе метаматериала (рисунок 5) представляет собой периодическую решетку металлических щелевых разомкнутых резонаторов (SRR - Split Ring Resonator), выполненных на диэлектрической подложке. Основное свойство РПМ на основе метаматериала - поглощение электромагнитных волн (ЭМВ) на частотах плазменного резонанса.

Рисунок 5 - Пример метаматериала.

Из-за таких проблем, как узкополосность РПМ на основе метаматериала, зависимость коэффициента поглощения от угла падения и поляризации ЭМВ, в настоящее время ведутся интенсивные работы по созданию новых видов широкополосных радиопоглощающих материалов на основе РПМ в интересах совершенствования антенной техники, развития технологий улучшения помехозащищенности радиоэлектронных средств.

Одно из решений данной проблемы - создание двухмерного микроволнового поглотителя на основе метаматериала, электродинамические свойства которого не зависят от поляризации ЭМВ. Пример технического решения приведен в работе [14]. Радиопоглощающий материал выполнен в виде диэлектрика толщиной h = 1 мм. На поверхность диэлектрика наносятся SRR ячейки, представляющие собой 4 симметричных относительно центра RSS, кольца с двумя щелями и с металлической полосой поперек кольца с радиусом 2 мм, обеспечивающего уровень поглощения не ниже 80% при углах падения ЭМВ от 0 до на частоте 9,5 ГГц.

Читайте также

Нанотехнологии в науке и технике
В течение тысячелетий человек использовал в быту и технике макроскопические тела, состоящие из большого числа атомов, будь это каменный топор или авиалайнер. Первая научно- ...

Последовательность технологических операций формирования структуры с диэлектрической изоляцией
Прежде чем начать изложение основного материала моей курсовой работы, стоит ввести определения некоторых понятий, которые в дальнейшем будут широко использоваться в данной работе. Инт ...

Проектирование междугородной магистрали между г. Кемерово – г. Лениск-Кузнецкий с использованием симметричного кабеля
Наше время, в особенности последние десять лет, характеризуется бурным развитием телекоммуникационных технологий. Наряду с появлением новых форм передачи информации, совершенствуются тра ...