Oddziaływanie płaskiej fali elektromagnetycznej z metapowierzchnią złożoną z rezonatorów SRR 2,5 GHz

• Autorzy: Budnarowska Magdalena , Mizeraczyk Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2021.02.10

Warianty tytułu

EN

The numerical simulation of the interaction of a plane electromagnetic wave with a metasurface consisting of split-ring resonator

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki numerycznej symulacji oddziaływania płaskiej fali elektromagnetycznej z metapowierzchnią zbudowaną z pojedynczych rozszczepionych rezonatorów pierścieniowych SRR (Split-Ring Resonator) o częstotliwości rezonansowej 2,5 GHz (znajdującej się m.in. w paśmie LTE/WiFi obecnym w środowisku elektromagnetycznym). Obliczenia numeryczne wykonano w środowisku CST Studio dedykowanym rozwiązywaniu zagadnień pola elektromagnetycznego. Symulacje oddziaływania płaskiej fali elektromagnetycznej z metapowierzchnią SRR wykonano dla odległości między pojedynczymi strukturami metamateriałowymi SRR wynoszącej λ/20, gdzie λ = 119,916 mm (odpowiadającej częstotliwości f = 2,5 GHz). W symulacji zastosowano nowe wizualizacyjne podejście do analizy i sposobu opisu oddziaływania promieniowania elektromagnetycznego z badaną strukturą metamateriałową. Obliczenia współczynników absorpcji, odbicia i transmisji płaskiej fali elektromagnetycznej padającej na metapowierzchnię SRR wykazały, że powierzchnia metamateriałową SRR jest strukturą silnie odbijającą promieniowanie elektromagnetyczne o częstotliwości równej częstotliwości rezonansu magnetycznego struktury. Obliczenia te zostały potwierdzone przez wizualizację zjawiska odbicia płaskiej fali elektromagnetycznej od metapowierzchni SRR. Zastosowana w tej pracy metoda numeryczna wydaje się być atrakcyjna dla wizualizacyjnego sposobu opisu zjawisk elektromagnetycznych w metamateriałach.

EN

Results of the numerical simulation of the interaction of a plane electromagnetic wave with a metasurface consisting of split-ring resonator (SRR) unit cells of a resonant frequency f = 2.5 GHz (located, among others, in the LTE / WiFi band present in the electromagnetic environment) are presented in this paper. The numerical calculations were performed using the CST Studio solver dedicated to solving electromagnetic problems The simulations of the interaction of the plane electromagnetic wave with the SRR metasurface were performed for a distance between the SRR metamaterial unit cells equal to λ/20, where λ = 119.916 mm (corresponding to f = 2.5 GHz. A new visualization approach has been introduced in this work to present effects of the interaction of the electromagnetic radiation with the metamaterial structure. The calculations of the absorption, reflection and transmission coefficients of the incident plane electromagnetic wave showed that the SRR metasurface strongly reflects the plane electromagnetic wave at a frequency equal to the magnetic resonance frequency of the SRR metasurface. These calculations were confirmed by visualizing the phenomenon of plane electromagnetic wave reflection from the SRR metasurface. The numerical method used in this work seems to be attractive for the visualization of the electromagnetic phenomena in metamaterials.

Słowa kluczowe

PL

rezonator; metamateriał; harwester elektromagnetyczny; pole elektromagnetyczne; metapowierzchnia; wizualizacja komputerowa

EN

resonator; metamaterial; harvester; electromagnetic field; metasurface; computer visualization

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2021
• Tom: R. 97, nr 2
• Strony: 39--42
• Opis fizyczny: Bibliogr. 26 poz., rys.

Twórcy

autor

Budnarowska Magdalena

• Uniwersytet Morski w Gdyni, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

autor

Mizeraczyk Jerzy

• Uniwersytet Morski w Gdyni, Katedra Elektroniki Morskiej, ul. Morska 81-87, 81-225 Gdynia

Bibliografia

• [1] V.G. Veselago. (1968). The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ, Sov Phys. Usp., 10, 509-514.
• [2] Shalaev, V. M. (2007). Optical negative-index metamaterials. Nature photonics, 1(1), 41-48.
• [3] 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, 47(11), 2075-2084.
• [4] Pendry, J. B. (2000). Negative refraction makes a perfect lens. Physical review letters, 85(18), 3966.
• [5] Linden, S., Enkrich, C., Wegener, M., Zhou, J., Koschny, T., & Soukoulis, C. M. (2004). Magnetic response of metamaterials at 100 terahertz. Science, 306(5700), 1351-1353.
• [6] Capolino, F. (2017). Applications of metamaterials. CRC press.
• [7] Rukhlenko, I. D., Belov, P. A., Litchinitser, N. M., & Boltasseva, A. (2012). Modern trends in metamaterial applications. Adv. OptoElectron, 2012, 514270.
• [8] Gangwar, K., & Gangwar, R. P. S. (2014). Metamaterials: Characteristics, process and applications. Advance in Electronic and Electric Engineering, 4(1), 97-106.
• [9] Singh, G., & Marwaha, A. (2015). A review of metamaterials and its applications.
• [10] Buriak, I. A., Zhurba, V. O., Vorobjov, G. S., Kulizhko, V. R., Kononov, O. K., & Rybalko, O. (2016). Metamaterials: Theory, classification and application strategies. Журнал нано-та електронної фізики, (8, № 4 (2)), 04088-1.
• [11] R. Uppal. (2018). Metamaterials promise simple machines, superlenses, superfast optical networks, EMI suppression and wireless charging,https://idstch.com/technology/materials/metamaterials -promise-simple-machines-superlenses-superfast-opticalnetworks- emi-suppression-wireless-charging/.
• [12] Jung, J., Park, H., Park, J., Chang, T., & Shin, J. (2020). Broadband metamaterials and metasurfaces: a review from the perspectives of materials and devices. Nanophotonics, 1(ahead-of-print).
• [13] Zhang, X., Liu, H., & Li, L. (2018). Electromagnetic power harvester using wide-angle and polarization-insensitive metasurfaces. Applied Sciences, 8(4), 497.
• [14] Almoneef, T. S., & Ramahi, O. M. (2015). Metamaterial electromagnetic energy harvester with near unity efficiency. Applied Physics Letters, 106(15), 153902.
• [15] Almoneef, T. S., & Ramahi, O. M. (2015). Metamaterial electromagnetic energy harvester with near unity efficiency. Applied Physics Letters, 106(15), 153902.
• [16] Smith, D. R., Padilla, W. J., Vier, D. C., Nemat-Nasser, S. C., & Schultz, S. (2000). Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity. Physical review letters, 84(18), 4184.
• [17] Shelby, R. A., Smith, D. R., & Schultz, S. (2001). Experimental verification of a negative index of refraction. science, 292(5514), 77-79.
• [18] Padilla, W. J., Taylor, A. J., Highstrete, C., Lee, M., & Averitt, R. D. (2006). Dynamical electric and magnetic metamaterial response at terahertz frequencies. Physical review letters, 96(10), 107401.
• [19] Marqués, R., Mesa, F., Martel, J., & Medina, F. (2003). Comparative analysis of edge-and broadside-coupled split ring resonators for metamaterial design-theory and experiments. IEEE Transactions on antennas and propagation, 51(10), 2572- 2581.
• [20] Liu, N., Guo, H., Fu, L., Kaiser, S., Schweizer, H., & Giessen, H. (2008). Three-dimensional photonic metamaterials at optical frequencies. Nature materials, 7(1), 31-37.
• [21] Klein, M. W., Enkrich, C., Wegener, M., & Linden, S. (2006). Second-harmonic generation from magnetic metamaterials. Science, 313(5786), 502-504.
• [22] www.cst.com.
• [23] Kim, Y. J., Yoo, Y. J., Kim, K. W., Rhee, J. Y., Kim, Y. H., & Lee, Y. (2015). Dual broadband metamaterial absorber. Optics express, 23(4), 3861-3868.
• [24] Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R., & Padilla, W. J. (2008). Perfect metamaterial absorber. Physical review letters, 100(20), 207402.
• [25] Liu, X., Zhao, Q., Lan, C., & Zhou, J. (2013). Isotropic Mie resonance-based metamaterial perfect absorber. Applied Physics Letters, 103(3), 031910.
• [26] Xiong, X., Jiang, S. C., Hu, Y. H., Peng, R. W., & Wang, M. (2013). Structured metal film as a perfect absorber. Advanced Materials, 25(29), 3994-4000.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).