|
DOI: 10.14489/td.2022.03.pp.026-032
Казьмин А. И., Федюнин П. А.
ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ МЕТАМАТЕРИАЛОВ МЕТОДОМ ПОВЕРХНОСТНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
(с. 26-33)
Аннотация. Представлена имитационная модель, позволяющая оценивать точность измерения локальных значений электрофизических и геометрических параметров любых типов плоскослоистых образцов метаматериалов на металлической подложке методом поверхностных электромагнитных волн. Имитационная модель реализована на основе системы электродинамического моделирования CST Microwave studio и системы Matlab. Приведены результаты имитационного моделирования по измерению параметров метаматериала на основе прямоугольных SRR-элементов с областью отрицательной рефракции в диапазоне частот 10,06…10,64 ГГц. Численная проверка показала, что локальные значения эффективных электрофизических параметров исследуемого метаматериала отличаются от расчетных не более чем на 10 %.
Ключевые слова: метаматериал, имитационная модель, поверхностная электромагнитная волна, электрофизические параметры, обратная задача.
Kaz'min A. I., Fedjunin P. A.
THE SIMULATION MODEL FOR EVALUATING THE ACCURACY OF MEASURING THE ELECTROPHYSICAL PARAMETERS OF METAMATERIALS BY THE METHOD OF SURFACE ELECTROMAGNETIC WAVES
(pp. 26-33)
Abstract. In this paper the simulation model that allows one to evaluating a accuracy and reliability of measuring the local values of electrophysical and geometric parameters of any types of flat-layered samples of metamaterials on a metal substrate by the method of surface electromagnetic waves. The simulation model is implemented on the basis of the CST Microwave studio electrodynamic modeling system and the Matlab system. The results of simulation modeling on the measurement of metamaterial parameters based on rectangular SRR-elements with a region of negative refraction in the frequency range 10.06…10.64 GHz are presented. Numerical verification has shown that the local values of the effective electrophysical parameters of the studied metamaterial differ from the calculated ones by no more than 10 %.
Keywords: metamaterial, simulation model, surface electromagnetic wave, electrophysical and geometric parameters, inverse problem.
А. И. Казьмин, П. А. Федюнин (Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил «Военно-воздушная академия им. проф. Н. Е. Жуковского и Ю. А. Гагарина», Воронеж, Россия) Е-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
A. I. Kaz'min, P. A. Fedjunin (Military Educational and Scientific Center of the Air Force “N. E. Zhukovsky and Y. A. Gagarin Air Force Academy”, Voronezh, Russia) Е-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Веселаго В. Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ // Успехи физических наук. 1967. Т. 92. С. 517.
2. Лагарьков А. Н., Кисель В. Н., Сарычев А. К., Семененко В. Н. Электрофизика и электродинамика метаматериалов // Теплофизика высоких температур. 2010. Т. 48, № 6. С. 1031 – 1048.
3. Лагарьков А. Н., Кисель В. Н., Сарычев А. К., Семененко В. Н. Электрофизика и электродинамика метаматериалов [Электронный ресурс] / Ин-т теоретической и прикладной электродинамики РАН: офиц. сайт. URL: http://www.itae.ru/science/ topics/№1%20 (метаматериалы).pdf (дата обращения: 31.10.2020).
4. Вендик И. Б., Вендик О. Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (Обзор) // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, вып. 1. С. 3 – 28.
5. Слюсар В. Метаматериалы в антенной технике: основные принципы и результаты // Первая миля. 2010. № 3–4. С. 44 – 60.
6. Балабуха Н. П., Баширин А. А., Семененко В. Н. Эффект обратного излучения электромагнитных волн волноводной структурой из метаматериала // Письма в ЖЭТФ. 2009. Т. 89, вып. 10. С. 593 – 598.
7. Митрохин В. Н., Рыженко Д. С., Тягунов В. А. Экспериментальные исследования СВЧ-устройств, содержащих метаматериалы // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2011. Т. 14, № 3. С. 43 – 53.
8. Pendry J. B., Holden A. J., Robbins D. J., Stewart W. J. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 1999. V. 47, Is. 11. P. 2075 – 2084. DOI 10.1109/22.798002.
9. Ran L., Huangfu J., Chen H. et al. Experimental Study on Several Left-Handed Matamaterials // Progress In Electromagnetics Research. 2005. V. 51. P. 249 – 279. DOI 10.2528/PIER04040502.
10. Smith D. R., Schultz S., Markos P., Soukoulis C. M. Determination of effective permittivity and permeability of metamaterials from reflection and transmission coefficients // Physical Review. B. 2002. V. 65. P. 195104. DOI https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.195104.
11. Smith D. R., Vier D. C., Koschny Th., Soukoulis C. M. Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials // Physical Review. E. 2005. V. 71. P. 036617. DOI https://doi.org/10.1103/PhysRevE.71.036617.
12. Smith D. R., Gollub J., Mock J. J. et al. Calculation and Measurement of Bianisotropy in a Split ring Resonator Metamaterial // Journal of Applied Physics. 2006. V. 100. P. 024507. URL: https://doi.org/10.1063/1.2218033
13. Sikder Sunbeam Islam, Mohammad Rashed Iqbal Faruque, Mohammad Tariqul Islam. The Design and Analysis of a Novel Split-H-Shaped Metamaterial for Multi-Band Microwave Applications // Materials. 2014. No. 7(7). P. 4994 – 5011. DOI https://doi.org/10.3390/ma707 4994.
14. Simovski C., Belov P. A., He S. Backward Wave Region and Negative Material Parameters of a Structure Formed by Lattices of Wires and Split-Ring Resonators // IEEE Transaction on Antennas and Propagation. 2003. V. 51. P. 2582 – 2345. DOI 10.1109 / TAP.2003.817554.
15. Lubkowski G., Schuhmann R., Weiland T. Extraction of Effective Metamaterial Parameters by Parameter Fitting of Dispersive Models // Microwave and Optical Technology Letters. 2007. V. 49, Is. 2. P. 285 – 288. DOI https://doi.org/10.1002/mop.22105.
16. Казьмин А. И., Федюнин П. А. Контроль электрофизических параметров метаматериалов методом поверхностных электромагнитных волн // Дефектоскопия. 2021. № 4. С. 51 – 67.
17. Казьмин А. И. Многочастотный оптимизационный метод измерения частотных зависимостей электрофизических параметров диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытий // Измерительная техника. 2021. № 9. С. 54 – 61.
1. Veselago V. G. (1967). Electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ. Uspekhi fizicheskih nauk, Vol. 92. [in Russian language]
2. Lagar'kov A. N., Kisel' V. N., Sarychev A. K., Semenenko V. N. (2010). Electrophysics and electrodynamics of metamaterials. Teplofizika vysokih temperatur, Vol. 48, (6), pp. 1031 – 1048. [in Russian language]
3. Lagar'kov A. N., Kisel' V. N., Sarychev A. K., Semenenko V. N. Electrophysics and electrodynamics of metamaterials. Institute of Theoretical and Applied Electrodynamics RAS. Available at: http://www.itae.ru/science/ topics/№1%20(метаматериалы).pdf (Accessed: 31.10.2020) [in Russian language]
4. Vendik I. B., Vendik O. G. (2013). Metamaterials and their application in microwave technology (Review). Zhurnal tekhnicheskoy fiziki, Vol. 83, (1), pp. 3 – 28. [in Russian language]
5. Slyusar V. (2010). Metamaterials in antenna technology: basic principles and results. Pervaya milya, (3–4), pp. 44 – 60. [in Russian language]
6. Balabuha N. P., Bashirin A. A., Semenenko V. N. (2009). Effect of back radiation of electromagnetic waves by a waveguide structure made of a metamaterial. Pis'ma v Zhurnal eksperimental'noy i teoreticheskoy fiziki, Vol. 89, (10), pp. 593 – 598. [in Russian language]
7. Mitrohin V. N., Ryzhenko D. S., Tyagunov V. A. (2011). Experimental studies of microwave devices containing metamaterials. Fizika volnovyh protsessov i radiotekhnicheskie sistemy, Vol. 14, (3), pp. 43 – 53. [in Russian language]
8. Pendry J. B., Holden A. J., Robbins D. J., Stewart W. J. (1999). Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 47, (11), pp. 2075 – 2084. DOI 10.1109/22.798002.
9. Ran L., Huangfu J., Chen H. et al. (2005). Experimental Study on Several Left-Handed Metamaterials. Progress in Electromagnetics Research, Vol. 51, pp. 249 – 279. DOI 10.2528/PIER04040502.
10. Smith D. R., Schultz S., Markos P., Soukoulis C. M. (2002). Determination of effective permittivity and permeability of metamaterials from reflection and transmission coefficients. Physical Review B, Vol. 65. DOI https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.195104.
11. Smith D. R., Vier D. C., Koschny Th., Soukoulis C. M. (2005). Electromagnetic parameter retrieval from inhomogeneous metamaterials. Physical Review E, Vol. 71. DOI https://doi.org/10.1103/PhysRevE.71.036617.
12. Smith D. R., Gollub J., Mock J. J. et al. (2006). Calculation and Measurement of Bianisotropy in a Split Ring Resonator Metamaterial. Journal of Applied Physics, Vol. 100. Available at: https://doi.org/10.1063/1.2218033
13. Sikder Sunbeam Islam, Mohammad Rashed Iqbal Faruque, Mohammad Tariqul Islam. (2014). The Design and Analysis of a Novel Split-H-Shaped Metamaterial for Multi-Band Microwave Applications. Materials, 7(7), pp. 4994 – 5011. DOI https://doi.org/10.3390/ma7074994.
14. Simovski C., Belov P. A., He S. (2003). Backward Wave Region and Negative Material Parameters of a Structure Formed by Lattices of Wires and Split-Ring Resonators. IEEE Transaction on Antennas and Propagation, Vol. 51, pp. 2582 – 2345. DOI 10.1109 / TAP.2003.817554.
15. Lubkowski G., Schuhmann R., Weiland T. (2007). Extraction of Effective Metamaterial Parameters by Parameter Fitting of Dispersive Models. Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 49, (2), pp. 285 – 288. DOI https://doi.org/10.1002/mop.22105.
16. Kaz'min A. I., Fedyunin P. A. (2021). Control of electrophysical parameters of metamaterials by the method of surface electromagnetic waves. Defektoskopiya, (4), pp. 51 – 67. [in Russian language]
17. Kaz'min A. I. (2021). Multifrequency Optimization Method for Measuring Frequency Dependences of Electrophysical Parameters of Dielectric and Magnetodielectric Coatings. Izmeritel'naya tekhnika, (9), pp. 54 – 61. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2022.03.pp.026-032
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2022.03.pp.026-032
and fill out the form
.
|
Текущий номер
">
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»