ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТАМАТЕРИАЛА В РАЗРАБОТКАХ МИКРОПОЛОСКОВЫХ АНТЕНН НА ОСНОВЕ LTCC-ТЕХНОЛОГИИ

  • Х. Е. Абдо Махьюб Южный Федеральный Университет
  • Н. Н. Кисель Южный Федеральный Университет
Ключевые слова: Технология LTCC, микрополосковая антенна, метаматериал, диапазон частот, SRR-резонатор, спиральный резенатор SR

Аннотация

Представлены результаты исследования и моделирования характеристик метама-териала, состоящего из квадратных разомкнутых кольцевых резонаторов (SRR – split ring resonator), SRR с одним кольцом и SR резонаторов на основе полученных результатов. Чис-ленные результаты показали, что более высокая миниатюризация достигается с исполь-зованием спирального резонатора SR, по сравнению со случаями SRR с двойными вложен-ными кольцами и SRR с одним кольцом. Проведено исследование в диапазоне 9,15 ГГц до 5,25 ГГц влияния на характеристики метаматериала из SR спиральных резонаторов от числа оборотов (от 1 до 5) при фиксированных других размерах резонатора. Показано, что увеличение числа витков приводит к смещению рабочей полосы частот в сторону более низких значений частот, но рабочая полоса при этом уменьшается. В работе приведены расчет через коэффициенты прохождения и отражения эффективных значений диэлек-трической εeff и магнитной проницаемостей μeff слоя метаматериала на основе спирального резонатора SR. Рассмотрена микрополосковая антенна с подложкой из SR-метаматериала. Показано, что такая модификация антенны и использование техноло-гии LTCC позволяет уменьшить геометрические размеры излучателей, расширить рабочую полосу частот и эффективность излучения. Численные исследования проведены с использованием специализированного программного обеспечения электродинамического проектирования FEKO и HFSS.

Литература

1. Eleftheriades G.V., Balmain K.G. Negative-Refraction Metamaterials – Fundamental Princi-ples and Applications, John Wiley & Sons. Inc, 2005.
2. Musayev M.M., Kisel N.N. Investigation of the electrical and magnetic properties of combined metamaterials // IEEE Conferences Progress In Electromagnetics Research Symposium – Spring (PIERS). – 2017. – P. 2963-2966.
3. Hamed E.A. Mahyoub; Kisel N.N. Design, optimization and simulation of a compact multi-layered microstrip antennas based on LTCC-technology in FEKO // Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). – 2017. – P. 175-176.
4. Musayev M.M., Kisel N.N. Lens research on the basis of the combined metamaterial // Radia-tion and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). – 2017. – P.172-174.
5. Kisel N.N., Cheremisov V.A., Derachitc D.S. The modeling of characteristics of the patch antenna with non-uniform substrate metamaterial // IEEE East-West Design & Test Symposi-um (EWDTS). – 2016. – P. 1-3.
6. Baena J.D., Marqu´es R., and Medina F. Artificial magnetic metamaterial design using spiral resonators // Physical Review B. – 2004. – Vol. 69. – P. 014402.
7. Hao Y., and Mittra R. FDTD Modeling of Metamaterials. Theory and Applications: Artech House. – 2009.
8. Ziolkowski R.W. Design, Fabrication, and Testing of Double Negative Meta-materials // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. – 2003. – Vol. 51, No. 7. – P. 1516-1529.
9. Derov J.S., Turchinetz B.W., Crisman E.E., Drehman A.J., Best S.R., Wing R.M. Free space measurements of negative refraction with varying angles of incidence // IEEE Microwave Wireless Components Letters. – 2005. – Vol. 15, No. 9. – P. 567-569.
10. Bilotti F., Toscano A., Vegni L. Design of Spiral and Multiple Split-Ring Re- sonators for the Realization of Miniaturized Metamaterial Samples // IEEE Trans-actions on Antennas and Propagation. ‒ Vol. 55, No. 5. ‒ P. 2258-2267.
11. Xu W., Li L.-W., Yao H.-Y., Yeo T.S. Extraction of constitutive relation tensor parameters of SRRs structures using transmission line theory // Journal of Electromagnetic Waves and Ap-plications. ‒ 2006. – Vol. 20, No. 1. ‒ P. 13-25.
12. Lerat J.M., Mall´ejac N., Acher O. Determination of the effective parameters of a metamaterial by field summation method // Journal of Applied Physics. ‒ 2006. – Vol. 100.
13. Mittra R. To Use or Not to Use the Effective Medium Approach for Designing Performance-Enhanced Small Antennas // That is the Question”, International Workshop on Antenna Tech-nology: Small Antennas and Novel Metamaterials, IWAT 2008, Chiba (Japan), Mar. 4-6. 2008. ‒ Р. 55-58.
14. Musayev M.M., Kisel N.N. lens research on the basis of the combined metamaterial // Confer-ence Proceedings - 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, RSEMW. ‒ 2017. ‒ 2017. ‒ P. 172-174.
15. Mahyoub H.E.A., Kisel N.N. Design, optimization and simulation of a compact multi-layered microstrip antennas based on LTCC-technology in FEKO // Conference Proceedings - 2017 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves, RSEMW 2017. ‒ 2017. ‒ P. 175-176.
16. Мусаев М.М.О., Кисель Н.Н. Исследование характеристик антенны на основе метамате-риала // Известия ЮФУ. Технические науки. ‒ 2017. ‒ № 6 (191). ‒ С. 249-258.
17. Кисель Н.Н. Основы компьютерного проектирования РЭС САПР СВЧ: учеб. пособие. ‒ Таганрог: ЮФУ, 2016.
18. Махьюб Х.Е., Кисель Н.Н. Проектирование в FEKO микрополосковых антенн на основе низкотемпературной керамики // Проблемы современной системотехники: Cб. научных статей. ‒ Таганрог: ЮФУ, 2016. ‒ С. 52-59.
19. Kisel N.N., Cheremisov V.A., Derachitc D.S. the modeling of characteristics of the patch an-tenna with non-uniform substrate metamaterial // Proceedings of 2016 IEEE East-West Design and Test Symposium, EWDTS 2016. ‒ 2016. ‒ P. 7807718.2.
20. Кисель Н.Н., Черемисов В.А., Дерачиц Д.С. Исследование характеристик микрополоско-вой антенны с неоднородной подложкой на основе метаматериала // 26-я Международ-ная Крымская конференция "СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии" (КрыМиКо 2016): Матер. конференции: в 13 т. ‒ 2016. ‒ С. 983-989.
21. Челобитчиков М.О., Кисель Н.Н. Эффективность микрополосковой антенны на основе подложки с неоднородным заполнением // Практика и перспективы развития партнерст-ва в сфере высшей школы: Матер. Пятнадцатой Международной научно-технической конференции: в 3-х кн. Сер. "Известия ЮФУ-ДонНТУ". ‒ 2014. ‒ С. 170-172.
22. Кисель Н.Н. Моделирование прикладных задач электродинамики и антенн на супервы-числительной системе в пакете FEKO. ‒ Таганрог, 2013.
23. Мусаев М.М.О., Кисель Н.Н. Численное и экспериментальное исследование метамате-риалов на основе спиральных элементов // Известия ЮФУ. Технические науки. ‒ 2012. ‒ № 11 (136). ‒ С. 81-86.
24. Кисель Н.Н. Электродинамическое моделирование антенн и устройств СВЧ в пакете FEKO: учеб. пособие. ‒ Таганрог: ЮФУ, 2010.
Опубликован
2019-09-24
Выпуск
Раздел
РАЗДЕЛ III. НАНОТЕХНОЛОГИИ И МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ