The paper presents a metamaterial with reconfigurable effective properties, intended to operate in alternating magnetic fields. The structure of a resonator, based on a series connection of a planar inductor and a lumped capacitor, is expanded using an additional capacitor with a MOSFET transistor. Due to the presence of the controllable active element, it is possible to dynamically change the phase of the current flowing through a meta-cell and shift a frequency response within an assumed range. Since the transistor is driven by the unipolar square wave with a changeable duty cycle and time delay, two closed-loop controllers were utilized to achieve a smart material, able to automatically attain and maintain the imposed resonant frequency. As a result, the complex effective magnetic permeability of the metamaterial can be smoothly changed, during its operation, via an electrical signal, i.e. by adjusting the parameters of a control signal of the active element. The design of the meta-cell, as well as the measuring, data operation and control part, are presented in detail. An illustrative system is examined in terms of achieving the user-defined resonance point of the metamaterial. Transient responses with estimated settling times and steady-state errors and the effective permeability characteristics for the exemplary cases are shown. The meta-cell is also tested experimentally to validate the theoretically determined effective properties.
2
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A design of a compact wideband quadrature coupler based on metamaterial is presented at 3.5 GHz. The quadrature coupler is a significant component in beamforming networks with problems of narrow bandwidth and bulky size. The proposed quadrature coupler is designed with the implementation of composite right/left-handed (CRLH) arms metamaterial transmission line (TL). The metamaterial fingers are implemented in each branch section to reduce the size and improve the bandwidth. The proposed coupler is simulated using CST software and then fabricated on the FR4 substrate with (εr=4.4 and h=1.6 mm). The coupler performance achieved a fractional bandwidth of 55.42% operated at 2.25 GHz to 4.19 GHz. The coupling factor at 3.5 GHz is -3 ±0.5 dB with a phase difference of 88.01°. Compared to conventional BLC, the proposed coupler achieved a size reduction of 40.43%. The proposed coupler is suitable to be used in future 5G beamforming applications.
PL
Przedstawiono projekt kompaktowego szerokopasmowego sprzęgacza kwadraturowego opartego na metamateriałach dla częstotliwości 3,5 GHz. Sprzęgacz kwadraturowy jest istotnym elementem w sieciach kształtujących wiązkę z problemami związanymi z wąskim pasmem i nieporęcznymi rozmiarami. Proponowany sprzęgacz kwadraturowy został zaprojektowany z wykorzystaniem kompozytowej linii transmisyjnej metamateriałów (TL) ramion prawo/lewoskrętnych (CRLH). Palce metamateriałów są zaimplementowane w każdej sekcji odgałęzienia, aby zmniejszyć rozmiar i poprawić przepustowość. Proponowany łącznik jest symulowany za pomocą oprogramowania CST, a następnie wytwarzany na podłożu FR4 przy (εr=4,4 i h=1,6 mm). Wydajność sprzęgacza osiągnęła ułamkową przepustowość 55,42% przy pracy w zakresie od 2,25 GHz do 4,19 GHz. Współczynnik sprzężenia przy 3,5 GHz wynosi -3 ±0,5 dB przy różnicy faz 88,01°. W porównaniu z konwencjonalnym BLC, proponowany łącznik pozwolił zmniejszyć rozmiar o 40,43%. Proponowany sprzęgacz nadaje się do wykorzystania w przyszłych zastosowaniach kształtowania wiązki 5G.
The article presents the analysis of the possibilities of using acoustic metamaterial to build sound diffusers. The diffusers composed of slots loaded with a curved quarter-wave resonator were investigated. Such solutions induce dispersion and the slow sound effect to increase the effective depth of the quarter-wave resonator. The sound diffusion coefficient was calculated with the use of numerical models of diffusers. Next, obtained results were compared with the Schroeder diffuser. In conclusion, it was shown, that acoustic metamaterials affect the frequency band of the diffuser and the effectiveness of the obtained sound diffusers depend on relative width of slits.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this research, the investigation of metallic rod type metamaterials is presented. In the study, the simulation and numerical analysis are performed to analyze the classification of metamaterials when the metallic rods are arranged in various patterns, including permittivity, permeability and reflection index. From the simulation and numerical results, it was found that metallic rod is classified in epsilon near zero characteristics when metallic rods are arranged with double and three layers. Electromagnetic properties of proposed structure are electromagnetic band gap and partially reflective surface at the designed frequency. In addition, the band gap of the proposed structure is studied. The proper layer number and pattern of metallic rods structure can control the operating frequency band. The structure can be future applied such as improving characteristic of antenna and electromagnetic interference.
PL
W pracy przedstawiono badania metamateriałów typu metalicznego pręta. W badaniu przeprowadzono symulację i analizę numeryczną w celu przeanalizowania klasyfikacji metamateriałów, gdy metalowe pręty są ułożone w różne wzory, w tym przenikalność, przepuszczalność i współczynnik odbicia. Na podstawie symulacji i wyników numerycznych stwierdzono, że pręt metalowy jest klasyfikowany w charakterystyce epsilon bliskiej zeru, gdy pręty metalowe są ułożone z podwójną i trzema warstwami. Właściwości elektromagnetyczne proponowanej konstrukcji to pasmo wzbronione elektromagnetyczne oraz częściowo odbijająca powierzchnia przy projektowanej częstotliwości. Dodatkowo badane jest pasmo wzbronione proponowanej struktury. Właściwa liczba warstw i wzór struktury metalowych prętów może sterować pasmem częstotliwości pracy. Struktura może być w przyszłości zastosowana np. do poprawy charakterystyki anteny i zakłóceń elektromagnetycznych.
The use of metamaterials in room acoustics is becoming more and more popular. Their advantage is the possibility of adjusting the parameters of the systems in the desired frequency range and the reduction of dimensions compared to the existing solutions. This paper discusses the numerical design and experimental verification of sound diffuser based on the acoustic metamaterials: a slit with added quart-wave length resonator. The transfer matrix method is used to make a numerical model of the metamaterial cell, which was used to build a model of a diffuser composed of N = 7 cells. Then, the dimensions of the diffuser were optimized to obtain the sound diffusion in a wide frequency range. The sound dispersion coefficient was also calculated using the FEM method. The numerical results were compared with the measurements and it was shown that it is possible to make a broadband sound diffuser with the use of metamaterials.
6
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
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.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Przedstawiono pierwszą fazę prac, która obejmowała badania mechanizmów metamaterialnych z gumopodobnych tworzyw sztucznych, a także wpływu ich struktury i geometrii na przenoszenie zadanej siły oraz przemieszczenia w zaprojektowanym modelu, wykonanym techniką przyrostową FDM (fused deposition modeling). Celem pracy jest ustalenie wpływu parametrów technologicznych oraz zmian geometrii i wypełnienia na parametry wytrzymałościowe wytwarzanego obiektu, a także rozważenie możliwości zastąpienia klasycznych zespołów elementów mechanicznych elementami wykonanymi z użyciem struktur metamaterialnych.
EN
Presented is the first phase of work, which concerned the study of metamaterial mechanisms made of rubber-like plastics, and the impact of their structure and geometry on the transfer of a given force and displacement in a designed model, made using FDM (fused deposition modeling). The aim of the work is to examine the impact of technological parameters and changes in geometry and filling on the strength parameters of the manufactured object and further considerations on replacing the classic assemblies of mechanical elements with elements made using metamaterial structures.
This paper presents an overview of the main possible applications of wire medium in different field of radio engineering. Wire media possesses the unique electromagnetic properties. There is a number for approaches for manufacturing the wire media of different shapes from microwave frequency up to optical one. The wire media that consists of parallel metallic rods finds application for narrow and broadband power radiation in photovoltaic devices, imaging, endoscopy and many others. The wire metastructures such as hyperlens and brush are applicable to the antennas of wide frequency range.
PL
W niniejszej pracy dokonano przeglądu głównych możliwych zastosowań struktur z przewodów w różnych dziedzinach inżynierii radiowej. Struktury z przewodów posiadają unikalne właściwości. Istnieje wiele podejść do wytwarzania struktur o różnych kształtach i zastosowaniach od zakresu częstotliwości mikrofalowych do optycznych. Struktury składające się z równoległych przewodników są wykorzystywane do transmisji fal wąskopasmowych i szerokopasmowych fal elektromagnetycznych w urządzeniach fotowoltaicznych, transferu obrazów, endoskopii i wielu innych. Konstrukcje z przewodów, takie jak hiperłącza oraz z losowym rozmieszczeniem przewodów, mogą być wykorzystywane do projektowania anten działających w szerokim zakresie częstotliwości.
9
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Współczesne systemy transmisji bezprzewodowej wymagają coraz szerszego pasma celem przenoszenia szybkich strumieni danych. W takich systemach powstaje konieczność stosowania anten o ultra szerokim paśmie prac. W artykule przedstawiono mikropaskową antenę charakteryzującą się strukturą periodyczną i posiadającą własności metamateriałowe, której pasmo pracy wynosi 10,8 GHz.
EN
Modern wireless communications systems require more and more wide band in order to transport fast data streams. In those systems it is necessary to use ultra-wide band antennas. In the article the microstrip antenna with metamaterial property has been presented.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
In this work, an ultra wide band antenna is modified with periodic structures in order to improve its performance, in terms of gain, bandwidth and resonance. Basically, three topologies are used (Jerusalem cross pair, fractal and tripolar array).The main idea is improve its performance without increase its dimensions which could compromise their application in telecommunications systems especially mobile devices.
PL
W artykule zaprezentowano projekt ultra szerokopasmowej anteny z periodyczną strukturą w celu optymalizacji wzmocnienia, pasma I rezonansu. Testowano trzy topologie – para krzyży Jeruzalem, struktura fraktalna i układ trzybiegunowy.
11
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
Artificial structures composed of metalic cylinders, rings, squares, and wires present unusual electromagnetic properties which are not found in natural materials.
12
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper discusses magnetic properties of complex materials from a fully electromagnetic point of view. The response of the medium to electromagnetic excitation is described by constitutive relations. Quite complicated material responses can be contained in these relations. The paper will discuss how magnetic effect play a very important role in the response of complex materials and metamaterials.
PL
Przedstawiono analizę właściwości magnetycznych materiałów złożonych. Odpowiedź materiału na wymuszenie elektromagnetyczne jest opisana przy wykorzystaniu zależności konstytucyjnych. Nawet złożone odpowiedzi materiałów mogą być przedstawione przy wykorzystaniu tych zależności. Opisano jak wielką rolę odgrywają efekty magnetyczne przy badaniu odpowiedzi materiałów kompozytowych i metamateriałów.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.