Д.П. Табаков - к.ф.-м.н., доцент, кафедра основ конструирования и технологий радиотехнических систем, Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (г. Самара). E-mail: illuminator84@yandex.ru

Метаматериал - материал, свойства которого обусловлены не столько природными физическими свойствами, сколько периодической микроструктурой, создаваемой человеком. Метаматериалы синтезируются внедрением в исходный природный материал частиц с самыми различными формами, которые модифицируют диэлектрическую и магнитную восприимчивость исходного материала. В очень грубом приближении их можно рассматривать как искусственные атомы чрезвычайно больших размеров. Метаматериалы находят применение при построении СВЧ-устройств, таких как линии передачи, резонаторы, фазовращатели, полосно-заграждающие фильтры и направленные ответвители. Также рассматривается применение метаматериалов в антенной технике при проектировании рупорных антенн, антенн с поверхностной волной, для минимизации взаимодействия между излучателями в антенных решетках. Примером метаматериалов другого рода являются фотонные кристаллы. Природные фотонные кристаллы встречаются крайне редко. Они представляют собой структуры, характеризующиеся изменением диэлектрической проницаемости в пространстве. Отдельно следует упомянуть частный случай метаматериала - киральную среду. Киральность - свойство живого (или неживого) объекта не совмещаться со своим отображением в плоском зеркале при каком-либо перемещении и вращении. Киральная структура может быть получена внедрением в диэлектрик элементов, обладающих киральными свойствами. Как правило, исследование киральных сред осуществляется с помощью феноменологической теории. В данной статье рассмотрен строгий метод электродинамического анализа метаструктуры, состоящей из конечного числа элементов, использующий в своей основе классические итерационные методы, применяемые к двухуровневой системе линейных алгебраических уравнений (СЛАУ). Метод дополнен алгоритмами расчета матрицы СЛАУ, согласно которым в соответствие матрице ставится вектор существенных элементов. Произведена оценка эффективности алгоритмов для двумерных метаструктур с прямоугольной сеткой, состоящих из осесимметричных элементов или одинаково ориентированных асимметричных элементов. Приведены выражения для расчета элементов СЛАУ в случае метаструктуры, состоящей из тонкопроволочных излучателей. На примере структуры, состоящей из тонкопроволочных разомкнутых колец, показано, что в случае отсутствия кондуктивных связей или сильных связей по полю метод обладает высокой эффективностью

 

1. Engheta Nader Metamaterials: Physics and Engineering Explorations. Wiley & Sons. P. xv, 3−30, 37, 143−150, 215−234, 240−256.
2. Веселаго В.Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ // Успехи физических наук. 1967. Т. 92. № 3. С. 517−526.
3. Вендик И.Б., Вендик О.Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот (Обзор) // Журнал технической физики. 2013. Т. 83. № 1. С. 3−28.
4. Ивченко Е.Л., Поддубный А.Н. Резонансные трехмерные фотонные кристаллы // Физика твердого тела. 2006. Т. 48. № 3.
5. Физический энциклопедический словарь / Под ред. А.М. Прохорова. М.: Большая российская энциклопедия. 1995.
6. Неганов В.А., Осипов О.В. Отражающие, волноведущие и излучающие структуры с киральными элементами. М.: Радио и связь. 2006.
7. Harrington R.F. Field Computation by Moment Method. Macmillan. New York. 1968.
8. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. М.: Лаборатория базовых знаний. 2000.
9. Капитонов В.А., Неганов В.А., Марсаков И.Ю., Табаков Д.П. Интегральное представление электромагнитного поля геометрически киральной структуры // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2012. Т. 15. № 4. С. 6−13.
10. Вычислительные методы в электродинамике / Под ред. Р. Митры; пер с англ. под ред. д.ф.-м.н. Э.Л. Бурштейна. М.: Мир. 1977.
11. Стрижков В.А. Математическое моделирование электродинамических процессов в сложных антенных системах / Математическое моделирование. 1989. Т. 1. № 8. С. 127−138.