Статья

Название статьи ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫ НА ОСНОВЕ МЕТАМАТЕРИАЛА
Автор М.М. Мусаев, Н.Н. Кисель
Рубрика РАЗДЕЛ V. НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
Месяц, год 06, 2017
Индекс УДК 621.396.67
DOI
Аннотация В антенной технике применение метаматериалов считаются перспективным для создания новых классов СВЧ-устройств, излучателей и ФАР на их основе, позволяющих оптимизировать спектральные свойства излучения ФАР и управлять параметрами их диаграмм направленности. Уменьшение размеров антенн и увеличение направленности излучения при фиксированных размерах излучателей являются одной из важных задач антенной техники. Одним из способов решения этой задачи является использование слоев метаматериала, расположенных между излучателем и подложкой. В работе рассмотрена антенная линза на основе комбинированного метаматериала, представляющего структуру из разомкнутых кольцевых резонаторов, и плоскую структуру на базе рамочных элементов. Проведены численные и экспериментальные исследования и показана эффективность использования метаматериалов в качестве подложки антенн с целью улучшения направленных свойств антенны и уменьшения габаритов антенны в области реализации отрицательных значений диэлектрической или магнитной проницаемостей метаматериала. Вне рабочей полосы частот метатериала его присутствие не оказывает влияния на характеристики антенны. Численно и экспериментально показано, что использование метаматериалов вблизи элементарных излучателей электромагнитных волн позволяет увеличить коэффициент усиления антенны и сузить диаграмму направленности при фиксированных поперечных размеров антенны. Показано, что использование подложки из комбинированного метаматериала на основе квадратных разомкнутых кольцевых резонаторов позволяет получить увеличение коэффициента усиления симметричной крестообразной антенны на 12 дБ в области реализации отрицательных значений диэлектрической проницаемости. Таким образом, слой метаматериала можно рассматривать как аналог антенной линзы, фокусирующей излучение антенны.

Скачать в PDF

Ключевые слова Метаматериал; антенная линза; разомкнутые кольцевые резонаторы; коэффициент усиления антенны.
Библиографический список 1. Вендик И.Б., Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот // Журнал технической физики. – 2013. – Т. 83. – Вып. 1. – С. 3-27.
2. Симовский К.Р. О материальных параметрах метаматериалов // Оптика и спектроскопия. – 2009. – Т. 107, № 5. – С. 766-793.
3. Smith D.R., Padilla W.J., Vier D.C., Nemat-Nasser S.C., Schultz S. Compisite medium with simultaneously negative permeability and permittivity // Physical Reiew Letter. – 2000.
– Vol. 84, No. 18. – P. 4184-4187.
4. Shelby R.A., Smith D.R., Nemat-Nasser S.C., Shultz S. Microwave transmission thought two-dimensional, isotropic, left-handed metamaterial // Applied Physics Letter. – 2001. – Vol. 78, No. 4. – P. 489-490.
5. Wu B.I., Wang W., Pacheco J., Chen X., Grzegorczyk T., Kong J.A., Kao P., Theophelakes P.A and Hogan M.J. Anisotropic Metamaterials as Antenna Substrate to Enhance Directivity // Mi-crowave and Optical Technology Letters. – 2006. – Vol. 48 (4). – P. 680-683.
6. Бойко С.Н., Веселаго В.Г., Виноградов Е.А., Жуков А.А. Малогабаритные антенны на основе метаматериалов (практические аспекты) // Антенны. – 2012. – № 12 (187). – C. 32-41.
7. Наумова Е.В., Принц В.Я, Голод С.В., Селезнев В.А., Сейфи В.А., Кубарев В.В. Киральные метаматериалы на основе прецизионных металл-полупроводниковых спиралей // Тезисы докладов IX Российская конференция по физике полупроводников: Полупроводники’09", Новосибирск-Томск, 28 сент.-3 окт. 2009. – C. 290.
8. Smith D.R., Padilla W.J., Vier D.C., Nemat-Nasser S.C. Schultz S. Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity // Physical Review Letters. – 2000.
– Vol. 84 (18). – P. 4184.
9. Marques R., Martin F., Sorolla M. Metamaterials with Negative Parameters: Theory, Design and Microwave Applications. Wiley Series in Microwave and Optical Engineering. Wiley-Blackwell, an imprint of John Wiley & Sons Ltd., 2008. – 315 p.
10. Vendik I.B., Vendik O.G., Odit M.A. Theory and Phenomena of Metamaterials, Metamaterial Handbook / Ed. by F. Cappolino. CRC Press, Taylor & Francis Group. – 2009. – P. 21-32.
11. Wu B.I., Wang W., Pacheco J., Chen X., Grzegorczyk T., Kong J.A. An study of using Metamaterials as antenna substrate to enhance gain // Progress in Electromagnetics Research, PIER. – 2005. – Vol. 51. – P. 295-328.
12. Pendry J.B., Schurig D., Smith D.R. Controlling Electromagnetic Fields // Science. – 2006.
– Vol. 312, no. 1780.
13. Lou R. K. M., Aribi T., Ghobadi C. Improvement of Characteristics of Microstrip Antenna Using of Metamaterial Superstrate // International Conference on Communication Engineering. – 2010. – P. 126-129.
14. Garg B., Agrawal N., Sharma V., Tomar A., Dubey P. Rectangular Microstrip Patch Antenna with Pentagonal Rings Shaped Metamaterial Cover // International Conference on Communi-cation System and Network Technologies IEEE. – 2012. – P. 40-44.
15. Smith D.R., Padilla W.J., Vier D.C. Composite medium with simultaneously negative permea-bility and permittivity // Phys. Rev. Lett. – 2000. – Vol. 84. – P. 4184-4187.
16. Li L.W., Li Y.N., Yeo T.S., Mosig J.R., Martin O.J.F. An broadband and high-gain metamaterial microstrip antenna // Applied Phys. Lett. – 2010. – Vol. 96, No. 164101.
17. Zhu J., Eleftheriades G.V. Dual-band metamaterial-inspired small monopole antenna for WiFi applications // Electronic Letters. – 2009. – Vol. 45, Issue 22. – P. 1104-1106.
18. Liang J., Chiau C.C., Chen X., Parini C.G. Printed circular disc monopole antenna for ultrawideband applications // Electronic Letters. – 2004. – Vol. 40, Issue 20. – P. 1246-1247.
19. Pandeeswari R., Raghavan Dr.S., Bagde P.A., Chittipothul A.K. An Compact Multi-Split Ring Resonator Loaded Antenna // International Conference on Communication and Signal Pro-cessing, IEEE. – 2013. – P. 807-810.
20. Dwivedi S., Mishra V., Kosta Y. Metamaterial inspired patch antenna miniaturization technique for satellite // International Conference on Emerging Technology Trends in Electronics, Com-munication and Networking, IEEE, 2012.
21. Ha J., Kwon K., Lee Y., Choi J. Hybrid Mode Wideband Patch Antenna Loaded With a Planar Metamaterial Unit Cell // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2012. – Vol. 60, No. 2. – P. 1143-1147.
22. Cao W., Xiang Y., Zhang B., Liu A., Yu T., Guo D. An Low-Cost Compact Patch Antenna With Beam Steering Based on CSRR-Loaded Ground // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. – 2011. – Vol. 10. – P. 1520-1523.
23. Bilotti F., Alú A., Vegni L. Design of Miniaturized Metamaterial Patch Antennas With muNegative Loading // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2008. – Vol. 56, No. 6. – P. 1640- 1647.
24. Antoniades M.A., Eleftheriades G.V. An Broadband Dual-Mode Moopole Antenna using NRI-TL Metamaterial Loading // Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE. – 2009.
– Vol. 8. – P. 258-261.
25. Palandoken M., Grede A., Henke H. Broadband Microstrip Antenna with Left-Handed Metamaterials // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2009. – Vol. 57, No. 2.
– P. 331-338.
26. Wang L., Wang L., Li J. L.-W. An Series-Fed Metamaterial Microstrip Antenna Array of Broadband and High-Gain // IWEM Proceedings, IEEE. – 2012.

Comments are closed.