CC BY
24
ПОВОРОТ ПЛОСКОСТИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ИЗМЕНЕНИЕМ СВОЙСТВ МЕТАМАТЕРИАЛА
Е.А. Москалева, доцент, к.т.н., И.К. Кандаков, курсант, Воронежский институт МВД России, г. Воронеж
В технике СВЧ для решения задач, связанных с изменением фазы электромагнитной волны, например, при управлении диаграммой направленности антенной решетки, направлении электромагнитной волны в волноводных трактах передачи, используются механические, электромеханические и электрические фазовращатели. Наибольшее применение получили электрически управляемые устройства. Это связано, в первую очередь, с успехами в области разработки материалов электронной техники, в частности, сегнетоэлектриков и композитов на их основе, в том числе наноструктурированных [1, 2].
Принцип работы электрических фазовращателей заключается в том. что под воздействием внешних электрических или магнитных полей, а также тока или напряжения, происходит изменение параметров элементов, входящих в состав устройств. Основными параметрами фазовращателей являются фазовый сдвиг, число фазовых состояний, стабильность характеристик, рабочая полоса частот, потери, потребляемая мощность.
В последнее время проектирование СВЧ-устройств осуществляется по планарным технологиям либо на основе трехмерных топологий [3].
Управление может осуществляться посредством перестройки резонансной частоты при изменении емкости подключенного к резонатору перестраиваемого элемента, например, полупроводникового или сегнетоэлектрического варактора; емкости на основе жидкого кристалла; диод с изменяемой током или напряжением проводимостью [1-5].
Постоянное совершенствование электронной техники требует повышения быстродействия и расширения диапазона СВЧ-устройств. Для этого можно использовать физические свойства материалов, например, феррит-сегнетоэлектриков, фуллеритов [4, 5]. Другим перспективным классом материалов представляются метаматериалы [6]. Это искусственно формируемые и особенным образом структурируемые среды.
Метаматериалы - сильно диспергирующие среды, т.е. в них резко проявляется нелинейная зависимость частоты от диэлектрической и магнитной проницаемостей, а следовательно, от показателя преломления. Кроме того, возможно создание метаматериалов с отрицательным показателем преломления, т.е. гиротропной среды.
Метаматериал является бигиротропной средой и характеризуется антисимметричными тензорами диэлектрической £ и магнитной ц проницаемостей в системе отсчета с координатной осью 2, направленной вдоль направления распространия электромагнитной волны. Относительно оси ъ можно определить угол вращения плоскости поляризации электромагнитной волны.
Результаты моделирования показывают, что угол поворота плоскости поляризации изменяется периодически с изменением волнового вектора, что аналогично резонансному взаимодействию электромагнитной волны с гиротропной средой. Период изменения зависит от постоянной квазирешетки метаматериала.
Используя зависимость свойств метаматериала от параметров приложенного управляющего напряжения, например параметров модуляции, либо изменяя, если это возможно, постоянную решетки, можно изменять элементы тензоров £ и ц, управляя таким образом гиротропными свойствами метаматериала, и, следовательно, изменять угол вращения плоскости поляризации.
Список использованной литературы
1. Коротков Л.Н. Диэлектрические потери в субмикронном титанате бария в окрестности температуры Кюри. // Л.Н. Коротков, В.М. Аль Мандалави, Т.Н. Короткова, Н.А. Емельянов, Е.А. Жмаченко. Известия РАН. Серия физическая. 2016. Т. 80. № 9. - С. 1178-1181.
2. Коротков Л.Н. Диэлектрическая релаксация в неупорядоченных полярных диэлектриках. / Л.Н. Коротков, Т.Н.Короткова. Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. 2015. № 6. - С. 62-86.
3. Кисель Н.Н. Моделирование электрически управляемого фазовращателя со структурой микрополоскового полосно-заграждающего фильтра. / Н.Н. Кисель, С.Г. Грищенко, Д.А. Богаченко. // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2013. -№ 5 (142). - С. 105-110.
4. Кандаков И.К. Применение фуллеренов для управляемого фазовращателя СВЧ диапазона. / Кандаков И.К., Москалева Е.А. // Сб. тр. Всер. науч.-практ. конф. «Актуальные вопросы эксплуатации систем охраны и защищенных телекоммуникационных систем». - ВИ МВД России (Воронеж), 2015. - С. 113-114.
5. Феррит-сегнетоэлектрические фазовращатели с совместным электрическим и магнитным управлением / А.Б. Устинов, П.И. Колков, А.А. Никитин, Б.А. Калиникос, Ю.К. Фетисов, G. Srmivasan // Журнал технической физики, 2011, Т. 81, Вып. 6. - С. 75-79.
6. Вендик И.Б. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот / И.Б. Вендик, О.Г. Вендик // Журнал технической физики. - 2013. - Т. 83. - Вып. 1. - С. 3-28.
