О.В. Осипов1, Д.Н. Панин2

1,2 Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики (г. Самара, Россия)

1 o.osipov@psuti.ru; 2 d.panin@psuti.ru

Постановка проблемы. В настоящее время при создании СВЧ-структур и устройств оптики различного назначения активно применяются метаматериалы (ММ), что обусловлено их нетрадиционными по сравнению с диэлектрическими, проводящими и другими материалами свойствами. Киральные среды, являющиеся одной из разновидностей ММ, содержат проводящие микроэлементы зеркально асимметричной формы. За счет этого такие ММ обладают дисперсией, которую необходимо учитывать при разработке различных СВЧ-структур.

Цель. Произвести учет дисперсии диэлектрической проницаемости и параметра киральности для расчета волноведущих и отражающих структур с однородными и неоднородными киральными слоями.

Результаты. Рассмотрена известная дисперсионная модель материальных параметров кирального ММ для проведения электродинамического анализа двух структур с киральными слоями. Представлена методика использования приближенных граничных условий для тонкого слоя метаматериала для расчета отражающих и волноведущих структур СВЧ-диапазона. На основе предложенной модели с использованием указанной метордики проведен электродинамический анализ отражающих свойств неоднородного кирального слоя и прямоугольного волновода, в поперечной плоскости которого расположен однородный слой из кирального ММ.

Практическая значимость. Представленная методика может быть использована для расчета характеристик однородных и неоднородных отражающих и волноведущих структур, содержащих киральные слои с учетом дисперсии материальных параметров.

Осипов О.В., Панин Д.Н. Использование дисперсионной модели кирального метаматериала для расчета характеристик однородных и неоднородных отражающих и волноведущих структур // Радиотехника. 2024. Т. 88. № 9. С. 150-158. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202409-14

1. 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.
2. Kumar S.N. et al. A Review on Metamaterials for Device Applications // Crystals. 2021. № 11. P. 518.
3. Capolino F. Theory and Phenomena of Metamaterials. Boca Raton: Taylor & Francis – CRC Press. 2009. 992 p.
4. Iyer A. K., Alù A., Epstein A. Metamaterials and Metasurfaces - Historical Context, Recent Advances, and Future Directions // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. V. 68. №3. P. 1223-1231.
5. Caloz C., Sihvola A. Electromagnetic Chirality. Part 1: The Microscopic Perspective [Electromagnetic Perspectives] // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2020. V. 62. № 1. P. 58-71.
6. Lindell I.V., Sihvola A.H., Tretyakov S.A., Viitanen A.J. Electromagnetic waves in chiral and bi-isotropic media. London: Artech House. 1994. 291 p.
7. Lakhtakia A., Varadan, V.K., Varadan V.V. Time-harmonic electromagnetic fields in chiral media. Lecture Notes in Physics. Berlin: Heidelberg and Boston: Springer-Verlag. 1989. 121 p.
8. Lakhtakia A., Varadan V.V., Varadan V.K. Field equations, Huygens’s principle, integral equations, and theorems for radiation and scattering of electromagnetic waves in isotropic chiral media. JOSA A. 1988. V. 5. №. 2. С. 175-184.
9. Zhao R., Koschny T., Soukoulis C.M. Chiral metamaterials: retrieval of the effective parameters with and without substrate. Optics express. 2010. V. 18. №. 14. Р. 14553-14567.
10. Sihvola A.H. Temporal dispersion in chiral composite materials: A theoretical study // Journal of electromagnetic waves and applications. 1992. V. 6. №. 7. P. 1177-1196.
11. Silverman M.P. Reflection and refraction at the surface of a chiral medium: comparison of gyrotropic constitutive relations invariant or noninvariant under a duality transformation // J. Opt. Soc. Am. 1986. A 3830-7.
12. Bassiri S., Papas C.H., Engheta N. Electromagnetic wave propagation through a dielectric-chiral interface and through a chiral slab // J. Opt. Soc. Am. 1988. A51450–9.
13. Аралкин М.В., Дементьев А.Н., Осипов О.В. Исследование электромагнитных характеристик планарных киральных метаструктур на основе составных спиральных компонентов с учетом гетерогенной модели Бруггемана. Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2020. Т. 23. № 3. С. 44-55.
14. Неганов В.А., Осипов О.В. Отражающие, волноведущие и излучающие структуры с киральными элементами. 2006. 279 с.
15. Осипов О.В., Панин Д.Н. Исследование отражения и прохождения волны через планарный слой кирального метаматериала, расположенного в прямоугольном волноводе с учетом материальной дисперсии // Журнал радиоэлектроники. 2024. № 4.
16. Бузов А.Л. и др. Перспективы использования метаматериалов в антеннах нового поколения // Физика волновых процессов и радиотехнические системы. 2017. № 3. С. 15-20.
17. Слюсар В.И. Метаматериалы в антенной технике: история и основные принципы // Электроника: НТБ. 2009. № 7. С. 10-19.
18. Стаценко Л.Г. и др. Применение метаматериалов в антенных устройствах цифровых систем связи // Журнал радиоэлектроники. 2024. № 1.