- елементи
- абстрактно
- Въведение
- Проектиране и производство
- Резултати и дискусия
- заключения
- Методи за получаване на разсеяно поле от диелектрична проба
- Повече информация
- Коментари
елементи
- Електрическо и електронно инженерство
- Електронни и спинтронни устройства
абстрактно
Тази статия представя гъвкава и разтегателна "кожа", базирана на метаматериали или мета-кожа с регулируема честота селективни и маскиращи ефекти в режим на микровълнова честота. Мета-кожата се състои от набор от резонатори с разделен пръстен с течен метал (SRR), вградени в разширяем еластомер. Когато се разтяга мета, той действа като регулируема честотна селективна повърхност с широк диапазон от настройка на резонансната честота. Когато се увива около извития диелектричен материал, мета-кожата действа като гъвкава "маскираща" повърхност, която значително потиска разсейването от повърхността на диелектричния материал в различни посоки. Изследвахме честотните характеристики на многослойните метакини към разтягане в равнинната посока и към промени в разстоянието между съседните слоеве във вертикална посока. Също така изследвахме ефекта от потискане на разсейването на мета-кожата, покрита върху крайния диелектричен прът в свободно пространство. Тази мета-скин технология ще се възползва от много електромагнитни приложения като настройка на честотата, екраниране и потискане на разсейването.
В тази статия представяме гъвкавата и разтегателна мета-кожа и нейните честотно селективни и маскиращи ефекти. Мета-кожата се състои от набор от течни метални SRA метаатоми, обвити в еластомера. Ние показваме, че чрез разтягане на множество слоеве мета-кожи по техните повърхности в равнинна посока и промяна на разстоянието между мета-кожите във вертикална посока, мета-кожите могат да действат като високоефективна регулируема честотна селективна повърхност с широк диапазон на настройка. В допълнение, мета-кожата е в състояние да увие обекта на взаимодействие във всякаква форма. Ние показваме, че чрез обвиването му върху диелектричен цилиндричен прът се наблюдава значително потискане на разсейването или ефект „маскиране“. Полето на разсейване от диелектричния прът под различни ъгли се потиска в проектираната честотна област. Следователно тази мета-скин технология се различава от традиционните стелт технологии, които често намаляват само обратното разсейване, т.е. енергията, отразена обратно в сондата от 47 сонди. Настоящата изследователска работа има за цел да запълни празнината от един разтегаем мета-атом до големи измервания на метаматериалите, като изследва възможността за реализиране на резонансно настройване на равнинни метаматериали и маскиращия ефект на извити метаматериали.
Проектиране и производство
Фигура 1а показва структурата на предложения SRR файл, работещ в X-Band режим. Устройството има вътрешен радиус a = 2,0 mm, външен радиус b = 2,5 mm, дебелина h = 0,5 mm, междина g = 1,0 mm и константа на решетката p = 7,5 mm. Комплектът SRR е изработен от EGaIn и е покрит със силиконов еластомер (Ecoflex). Дебелината на Ecoflex е d = 1,45 мм. Извършихме EM симулации, за да оценим резонансната честота на полето, използвайки софтуера HFSS (Ansys High Frequency Structure Simulator). Както е показано на ФИГ. La, SRR полето е фиксирано в равнината xy и магнитното поле ( З. ) е успоредна на посоката z и прониква в SRR, като по този начин възбужда магнитния резонанс. С горните геометрични параметри се симулира резонансната честота за SRR полето от 9, 84 GHz. Разпределението на повърхностния ток при резонансната честота е показано на ФИГ. Ла. Разтягането на мета-кожата (фиг. 1b) ще модулира решетъчната константа, формата на SRR и взаимодействието между резонаторите. Резонансната честота на мета-кожата се променя съответно.
а ) Геометрия и симулирано разпределение на повърхностния ток на мета-кожата. ( б ) Снимки на неразширена и разширена мета-кожа. Скалата на скалата е 5 мм. ° С ) снимка на диелектричен найлонов прът 30, 48 см дълъг и 3175 см в диаметър, увит в мета-кожа. д ) Демонстрирайте гъвкавост със стъклен буркан, който има мета-кожа.
Изображение в пълен размер
Изображение в пълен размер
Резултати и дискусия
Измерванията на ЕМ бяха извършени в свободно пространство. Шест мета-кожи бяха подредени с първоначално разстояние d = 3 mm между съседните мета-кожи. За измерване на спектралните реакции на пробата е използван програмируем векторен мрежов анализатор (VNA, Agilent E8364). За да се създаде квазиплоскостна осветеност на вълните, мета-кожите бяха поставени между две ъглови антени (едната като предавател, а другата като приемник) в отдалечени области на полето. Тъй като мета-кожите бяха поставени в равнината на електрическото поле Е на антената, магнитното поле H sa може да се комбинира с магнитен резонанс от токовия контур в SRR (виж вмъкването на фигура 3).
В този експеримент разстоянието между съседните слоеве е d = 3 mm. Вложката показва диаграмата за настройка.
Изображение в пълен размер
Поради разтегливостта на мета-кожата, размерите на SRR могат да се променят чрез разтягане в различни посоки. Предишното ни изследване показа, че индуцираните от опън измерения на размерите в SRR могат да повлияят на еквивалентната индуктивност и капацитет на SRR, като по този начин изместват неговата резонансна честота 39. В тази работа, когато многослойни слоеве метаин се разтягат по посока на разпространението на вълната (k) със съотношение на разтягане 0%, 15, 9%, 29, 7%, 36, 4% и 50%, мета-кожни резонанси на кожата се наблюдават при 9, 84 GHz, 9, 76 GHz, 9, 47 GHz, 9, 27 GHz и 9, 15 GHz. Резултатите от измерванията са показани на фиг. 3 пунктирани. За да се проверят измерените резултати, беше проведена симулация на пълна вълна на базата на HFSS, използвайки периодични гранични условия на SRR единици. Резултатите от симулацията с различни съотношения на разтягане са показани на ФИГ. 3 плътни линии. Симулираните и експериментални резултати постигнаха добро съгласие в тенденцията на резонансното изместване на честотата. По-малката разлика в резонансната честота и честотна лента може да се отдаде на точността на модела.
Чрез промяна на разстоянието d между два съседни слоя, резонансът на 6-слойните метаини също може да бъде настроен. Разстоянието беше определено тук чрез вмъкване на пяна (относителна диелектрична проницаемост, близка до една). Фигури 4а, б показват спектралните реакции на мета-кожите на различни нива на деформация за разстояния d1 = 13 mm и d2 = 17 mm. С отдалечаването на мета-обвивките взаимната индуктивност между резонаторите в съседните слоеве 48 намалява. В резултат на това се очаква увеличаване на резонансната честота на мета-кожите. В случая на неразширената проба резонансната честота действително се измести от 9,84 GHz на 11,9 GHz, тъй като вертикалните разстояния се увеличиха от 3 mm на 13 mm. Тъй като допълнително увеличихме d до 17 mm, резонансната честота се измести до 12,4 GHz. По същия начин, чрез разтягане на многослойни метални обвивки по техните повърхности в хоризонтална посока, също така е забелязано, че резонансната честота се движи към по-ниски честоти. Следователно, чрез промяна на разстоянието между мета-кожите във вертикална посока и разтягане на металните кожи в равнинната посока, е възможно значително да се разшири обхвата на настройка на резонансната честота на мета-кожата.
Експериментални спектри на пропускливост на регулируеми шестслойни метакини с различни съотношения на изтегляне от 0%, 15, 9%, 29, 7%, 36, 4% и 50% за две различни разстояния между съседни слоеве: d 1 = 13 mm ( а ) и d 2 = 17 mm ( б ).
Изображение в пълен размер
Изображение в пълен размер
Измерено усилване на разсейване за гола диелектрична пръчка (зелена - непокрита), пръчка, покрита с полимер Ecoflex (червена - полимер) и пръчка, покрита с метална кожа (синя - мета кожа) под ъгли 9 = 37, 5 o ( а ), 45 o ( б ), 60 o ( ° С ), 90 o ( д ) и 105 o ( д ). Средното увеличение на дисперсията при различни ъгли е дадено в ( е ).
Изображение в пълен размер
Цялата мета-кожа остава напълно функционална след многократни измервания без умора или напукване. Това е така, защото SRR на течни метали могат да текат и да се трансформират в отговор на използваните щамове. В допълнение към простия кръгъл SRR, много други магнитно-резонансни структури могат да се използват в мета-кожата среда за извършване на избор на честота и потискане на разсейването 49. Освен това, в допълнение към магнитните резонатори, течнометални резонансни структури като проводници могат да бъдат интегрирани в същия еластомер. Това ще направи възможно постигането на отрицателен индекс за маскиране на приложения. В допълнение, различни други разширяващи се и гъвкави диелектрични приемни среди могат да бъдат използвани за вграждане на тези резонансни структури от течни метали. Това ще ни даде по-голяма гъвкавост при контролирането на загубата на тангенс на мета-кожата. В режима на микровълнова честота диелектричните загуби са доминиращи и различните диелектрични материали на основата могат да повлияят на тангента на загубата. При по-високи честоти, като терагерца, когато омичните загуби станат значителни, се изискват други видове течни метали или проводими материали, за да се образуват резонансни единици.
заключения
Разширяема и удобна за носене микровълнова мета-кожа е разработена чрез вмъкване на серия от SRR течни метали в силно разтегателен еластомер. Ние показахме силната способност на мета-кожата да настройва резонанса на честотно селективната повърхност и да потиска разсейването от извитата повърхност на диелектричния материал в различни посоки. Чрез комбиниране на равнинно разтягане и вертикално разстояние, резонансната честота на многослойните метеоформи се настройва от 9, 15 - 12, 38 GHz. Чрез обвиване на диелектричния прът с крайната дължина на мета-кожата, разсейването от повърхността на пръта се потиска с около 75% при 8-10 GHz. Съвременната технология на мета-скин се очаква да намери много приложения в настройката, екранирането и потискането на EM разсейването.
Методи за получаване на разсеяно поле от диелектрична проба
Разсеяното поле е получено чрез изваждане на въздействащото поле (
) от общото поле (). Тази операция може не само да извлече полето, разпръснато от пробата, но и да сведе до минимум задръстванията на фона в експеримента. Бяха извършени две последователни измервания. Първо, пробата беше поставена на определеното място и
а ) Суров и обработен коефициент на разсейване за найлонов прът, покрит с мета-кожа под ъгъл θ = 90 °. ( б ) Сигнал за домейн, ограничен във времето.
Изображение в пълен размер
Използвайки уравнение 1, получихме разпръснато поле от горните три различни проби. Обработеното разпръснато поле за покритата с мета кожа обвивка е показано на ФИГ. 7а червена плътна линия. В сравнение със S (ω), след премахване на бъркотията от S (co) той става гладък, докато разсейващата информация все още се съдържа.
Повече информация
Как да цитирам тази статия: Yang, S. et al. От гъвкав и разширяем мета-атом до метаматериал: Носима микровълнова мета-кожа с регулируема честота, селективни и маскиращи ефекти. Sci. Представител. 6, 21921; doi: 10, 1038/srep21921 (2016).
Коментари
Изпращайки коментар, вие се съгласявате да спазвате нашите Общи условия и насоки на общността. Ако откриете нещо обидно или несъвместимо с нашите условия или насоки, означете го като неподходящо.