A theoretical method for analyzing the initial yield of a typical bending-dominant peri- odic lattice (BDPL) is established. Based on the principle of strain energy equivalence, the macroscopic effective stiffnesses of lattices are calculated. An empirical formula is employed to consider the contributions of both the axial force and bending moment. The initial yield surface of BDPL can be figured out by comparing the effective stress of each strut to the yield strength of the matrix material. The method is applicable to various BDPLs, which we believe is a helpful extension to the method for lattices comprising axial-tension bars in the literature.
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.
3
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.
According to the theory of high refractive index of metamaterials, a composite structure of metal dielectric grating was designed to achieve high refractive index in infrared band. Based on the S-parameter inversion algorithm, we extracted the effective permittivity, the effective permeability, and the effective refractive index of the designed metamaterial. By changing the geometric parameters of the composite grating metamaterial structure, the effective refractive index of the designed metamaterial reaches more than 8.0 at the infrared resonance frequency. This is a high refractive index that many natural materials cannot achieve. It is noteworthy that the metamaterial structure has obvious polarization sensitivity. The metamaterial structure has both high refractive index and wideband zero refractive index properties when different polarized light is incident. At the same time, we further investigate the influence of metamaterial geometric parameters on the effective refractive index of metamaterials. Also, we propose a double grating metamaterial structure to obtain more degrees of freedom of metamaterial on the effective refractive index.
5G is a fifth-generation wireless technology that enables extremely fast data transfers and massive connection capacity. Existing Mobile health technology requires more reliable connection power and data transfer rates. The purpose of this research is to design, analyse, and compare the performance of a bio-inspired lotus-shaped microstrip patch antenna array with two to three radiating elements. The proposed antenna utilizes proximity coupled indirect microstrip transmission line feeding technique operating in the 24 GHz-30 GHz frequency band. The results indicate that performance continues to improve as the number of radiating elements increases. Moreover, each radiating element is loaded with complementary and non-complementary split-ring resonators (SRRs). The performance of the proposed microstrip antenna array is then analysed and compared with and without split-ring resonators. The findings validate that the proposed bio-inspired metamaterial-based microstrip patch array antenna is more reliable and performs better than an antenna without SRRs.
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.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This paper presents a wideband planar microstrip antenna based on split ring resonator left-handed metamaterial (SRR-LHM) type at 3.5 GHz frequency for mid-band 5G mobile applications. The need to design a wideband antenna with good gain realising the proposed lower band spectrum for 5G technology is urgently demanded. To meet the requirements, microstrip technology and metamaterial are proposed. Firstly, the microstrip antenna is designed with a square patch and two longitude slots at 3.5 GHz. The metamaterial unit cell is designed individually based on the split ring resonator (left-handed metamaterial) SRR LHM type and then integrated with the developed antenna at the same band. The metamaterial is placed on the ground plane of the microstrip antenna. That will increase the bandwidth accordingly. The proposed metamaterial antenna is simulated and optimised using CST software. A good return loss of greater than 10 dB and impedance bandwidth of 1.04 GHz is obtained. This metamaterial antenna is a good candidate for mid-band 5G applications.
PL
W artykule przedstawiono szerokopasmową planarną antenę mikropaskową opartą na lewoskrętnym metamateriale z rezonatorem pierścieniowym (SRR-LHM) o częstotliwości 3,5 GHz do zastosowań mobilnych 5G w średnim paśmie. Pilnie potrzebna jest potrzeba zaprojektowania anteny szerokopasmowej z dobrym wzmocnieniem, realizującej proponowane dolne pasmo widma dla technologii 5G. Aby sprostać wymaganiom, proponuje się technologię mikropaskową i metamateriał. Po pierwsze, antena mikropaskowa została zaprojektowana z kwadratową łatą i dwoma szczelinami długości geograficznej o częstotliwości 3,5 GHz. Komórka elementarna metamateriału jest projektowana indywidualnie w oparciu o dzielony rezonator pierścieniowy (metamateriał lewoskrętny) typu SRR LHM, a następnie integrowana z opracowaną anteną w tym samym paśmie. Metamateriał umieszcza się na płaszczyźnie uziemienia anteny mikropaskowej. To odpowiednio zwiększy przepustowość. Proponowana antena metamateriałowa jest symulowana i optymalizowana za pomocą oprogramowania CST. Uzyskuje się dobrą tłumienność odbiciową większą niż 10 dB i szerokość pasma impedancji 1,04 GHz. Ta antena metamateriałowa jest dobrym kandydatem do zastosowań 5G w średnim paśmie.
8
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.
This paper demonstrates a compact MIMO (Multi Input Multi Output) fractal type antenna for ultra-wide band applications. The proposed antenna is manufactured on a lowcost substrate material and the design is analyzed for various iterations in terms of reflection coefficient, gain, and bandwidth. The 50 Ω transmission line feed is used for both fractal patches and a metamaterial structure is used as the ground plane. The proposed design achieved a wide-band frequency response between 5.8 and 15 GHz, with the reflection coefficient of less than –10 dB. Reduced mutual coupling, positive gain and stable radiation patterns were observed throughout the operating band as well. The bandwidth of 9.2 GHz is achieved with the use of a metamaterial structure on the ground plane. The ECC and diversity gain obtained prove the excellent diversity performance of the antenna. The design was simulated using HFSS software and was tested in a lab.
10
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono wyniki symulacji oddziaływania mikrofalowego promieniowania elektromagnetycznego z planarną strukturą metamateriałową rozszczepionego rezonatora pierścieniowego SSR (Split-Ring Resonator). Do symulacji zastosowano środowisko CST Studio umożliwiające rozwiazywanie zagadnień polowych w szerokim zakresie częstotliwości. Wyznaczono współczynniki odbicia, absorpcji i transmisji promieniowania mikrofalowego dla struktury SRR-podłoże dielektryczne w zakresie od 1 GHz do 20 GHz oraz odpowiadające im zespolone przenikalności elektryczną i magnetyczną. Wyniki symulacji wykazały, że proces absorpcji promieniowania mikrofalowego dla struktury SRR-podłoże dielektryczne ma charakter rezonansowy. Największy współczynnik absorpcji (około 95 %) występuje dla częstotliwości około 2,75 GHz, 7,7 GHz i 9 GHz. Otrzymane rezultaty sugerują, że pojedyncza mała struktura metamateriałowa typu SRR-podłoże dielektryczne, wykazująca silne właściwości absorpcyjne, może być przydatna do budowy dużych absorberów promieniowania mikrofalowego.
EN
This paper presents results of the numerical simulation of interaction of the microwave plane wave with a planar metamaterial structure SRR-dielectric substrate. The simulation was carried out using the electromagnetic solver Microwave Studio by CST. The absorption, reflection and transmission coefficients of the SRR-dielectric substrate structure in the range of 1 – 20 GHz were determined. The corresponding complex electric permittivity and complex magnetic permeability were also calculated. The results showed that the absorption of the microwaves by the SRRdielectric substrate structure exhibits a resonance character. It was found that the highest resonance peak-type values (about 95 %) of the absorption coefficient occurred for frequencies of about 2.75 GHz, 7.7 GHz and 9 GHz. The SRR-dielectric substrate structure studied in this work seems to be a good candidate for building the large-scale microwave absorbers.
We theoretically investigate the properties of narrow transmission mode (defect mode) within the reflection band in one-dimensional symmetric defective photonic crystal containing double negative metamaterial and high temperature superconductors. The transmittance spectrum of the proposed structure is obtained by using the characteristic or transfer matrix method. The results show that by increasing the thickness of air defect, transmission mode shifts towards the lower frequency side. But when the thickness of a superconductor layer is increased, transmission mode shifts towards the high frequency side. Further, the effect of temperature variation of superconducting defect on the defect mode has been investigated and found that when the temperature of superconducting layer increases the frequency of defect mode is red shifted. The shift in frequency has smaller value in the lower temperature region than in the higher temperature region, even if the change in temperature is same. Finally we have discussed the effect of variation of thickness on the defect mode by using the double negative metamaterial as defect layer in place of superconductor layer. The result shows that we get two modes for smaller thickness of double negative layer but only a single mode for larger thickness.
Additive manufacturing methods, commonly known as 3D printing, allow more sophisticated designs to be created. Willingly designed substructures incorporated into the solid open up new possibilities for uncommon macroscopic deformation behavior. Such a man-made structure is also referred to as a metamaterial. A detailed simulation of a polymer-based metamaterial is challenging but accurately possible by means of the theory of elasticity. In this study, we present experimental investigations of a metamaterial composed of pantographic substructures of different internal geometry. The pantographic structures show an unexpected type of deformation, which can be modeled via elasticity with the aid of direct numerical simulation by using the Finite Element (FE) method. In other words, a detailed mesh is generated involving the substructure. The metamaterial is additively manufactured out of a common polymer showing nonlinear elastic deformation and, therefore, hyperelastic material models are used. Specifically, analytical solutions of a circular cylinder are examined and compared in the case of extension and torsion in order to comprehend the effects of the coefficients inherent to the energy function of the hyperelastic model. Finally, FE computations of pantographic structures are performed and compared with the experimental measurements.
13
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.
15
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
A metamaterial absorber (MA) based sensor is designed and analysed for various important applications including pressure, temperature, density, and humidity sensing. Material parameters, as well as equivalent circuit model have been extracted and explained. After obtaining a perfect absorption (PA)at around 6.46 GHz and 7.68 GHz, surface current distributions at resonance points have been explained. Since bandwidth and applicability to different sensor applications are important for metamaterial sensor applications, we have realized distinctive sensor demonstrations for pressure, temperature, moisture content and density and the obtained results have been compared with the current literature. The proposed structure uses the changes on the overall system resonance frequency which is caused by the sensor layer’s dielectric constant that varies depending on the electromagnetic behaviour of the sample placed in. This model can be adapted to be used in sensor applications including industrial, medical and agricultural products.
16
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.
17
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.
In this article, a novel ultra wideband (UWB) small antennas based on the composite right/left-handed transmission lines structures are proposed. The antennas are pre- sented with best in size, bandwidth and radiation patterns. Their physical size and the operational frequency depend on the unit cell size and the equivalent transmission line model parameters of the CRLH-TL. To realize characteristics of frst proposed model, Q-shaped gaps printed into rectangular radiation patches are used. The antenna based on composite right/left-handed transmission lines is composed of two unit cells, each of which occupies only 10.8 x 8.6 mm and covers the 2.7{9.3 GHz bandwidth for VSWR < 2. The peak gain and radiation effciency, are 5.78 dBi and 42.1% 9.3 GHz, respectively. Moreover, the second designed antenna has the same size and enhancement bandwidth, gain and radiation effciency than the rst proposed antenna with similar design procedure. It is constructed of the printed Q-shaped four unit cells. The length, width and height are 21.6, 8.6 and 1.6 mm, respectively, and it covers 4.1{11.7 GHz bandwidth for VSWR < 2 having highest gain (7.18 dBi) and radiation effciency (92.69%) at 4.1 GHz.
19
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper proposes the possibility of double negative metamaterial structure using for the transmission properties of open waveguide probe changing and the possibility of microwave open waveguide sensor tuning with metamaterial structure to be used for non-destructive testing of dielectric materials properties changing. The aim of our work was to develop a frequency selective sensor in microwave frequency band sensitive to changing of dielectric properties of investigated dielectric material.
PL
Opisano możliwość zastosowania struktury metamaterialnej posiadającej właściwości zmiany transmisji falowodu i możliwość srttrojenia czujnika falowodowego mikrofalowego. Czujnik można wykorzystać do badań nieniszczących materiałów dielektrycznych. Opracowano czujnik mikrofalowy o selektywnie zmienianej częstotliwości.
20
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.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.