Hispanopedia WikiLos dieléctricos artificiales son materiales compuestos fabricados, que a menudo consisten en conjuntos de formas o partículas conductoras en una matriz de soporte no conductora, diseñados para tener propiedades electromagnéticas específicas similares a los dieléctricos . Siempre que el espaciado reticular sea menor que una longitud de onda , estas sustancias pueden refractar y difractar ondas electromagnéticas , y se utilizan para hacer lentes , rejillas de difracción , espejos y polarizadores para microondas . Estos fueron conceptualizados, construidos e implementados por primera vez para la interacción en el rango de frecuencia de microondas en los años 1940 y 1950. El medio construido, el dieléctrico artificial, tiene una permitividad efectiva y una permeabilidad efectiva , como se pretendía. [1] [2]
Además, algunos dieléctricos artificiales pueden consistir en redes irregulares, mezclas aleatorias o una concentración no uniforme de partículas.
Los dieléctricos artificiales se empezaron a utilizar con las tecnologías de microondas por radar desarrolladas entre los años 1940 y 1970. El término "dieléctricos artificiales" se empezó a utilizar porque son análogos macroscópicos de los dieléctricos naturales . La diferencia entre la sustancia natural y la artificial es que los átomos o moléculas son materiales construidos artificialmente (por el hombre). Los dieléctricos artificiales se propusieron debido a la necesidad de estructuras y componentes ligeros para diversos dispositivos de transmisión por microondas. [2]
Los dieléctricos artificiales son un vínculo histórico directo con los metamateriales .
Trabajo seminal
El término dieléctrico artificial fue acuñado por Winston E. Kock en 1948, cuando trabajaba para Bell Laboratories. Describía materiales de dimensiones prácticas que imitaban la respuesta electromagnética de los sólidos dieléctricos naturales. Los dieléctricos artificiales surgieron de la necesidad de materiales livianos de baja pérdida para dispositivos grandes y pesados. [1] [2] [3]
Analógico dieléctrico
Los dieléctricos naturales, o materiales naturales, son un modelo para los dieléctricos artificiales. Cuando se aplica un campo electromagnético a un dieléctrico natural, se producen respuestas locales y dispersión a nivel atómico o molecular. La respuesta macroscópica del material se describe entonces como permitividad eléctrica y permeabilidad magnética . Sin embargo, para que esta respuesta macroscópica sea válida, debe estar presente un tipo de ordenamiento espacial entre los dispersores. Además, una cierta relación con la longitud de onda es parte de su descripción. [3] Está presente una estructura reticular, con cierto grado de ordenamiento espacial. Además, el campo aplicado es más largo en longitud de onda que el espaciado reticular. Esto permite entonces una descripción macroscópica expresada como permitividad eléctrica y permeabilidad magnética. [3]
Para fabricar una permitividad y permeabilidad artificiales, debe existir la capacidad de acceder a los átomos mismos. Este grado de precisión es poco práctico. Sin embargo, a fines de la década de 1940, en el dominio de las longitudes de onda largas, como las frecuencias de radio y las microondas, se hizo posible fabricar dispersores a mayor escala y más accesibles que imitan la respuesta local de los materiales naturales, junto con una respuesta macroscópica sintetizada . En las regiones de radiofrecuencia y microondas se ensamblaron tales estructuras de red cristalina artificiales. Los dispersores respondían a un campo electromagnético como los átomos y las moléculas en los materiales naturales, y los medios se comportaban de manera muy similar a los dieléctricos con una respuesta de medios efectiva. [3]
Los elementos de dispersión están diseñados para dispersar el campo electromagnético de una manera prescrita. La forma geométrica de los elementos (esferas, discos, tiras conductoras, etc.) contribuye a los parámetros de diseño. [3] [4]
Medio con varilla
El medio en forma de varilla (medio de plasma) también se conoce como malla de alambre o rejilla de alambre. Es una red cuadrada de alambres delgados paralelos. La investigación inicial relacionada con este medio fue realizada por J. Brown, KE Golden y W. Rotman. [4] [5]
Metamateriales
Los dieléctricos artificiales son un vínculo histórico directo con los metamateriales . [2] [4]
Lectura adicional
- Brown, John y Willis Jackson. "Las propiedades de los dieléctricos artificiales en longitudes de onda de centímetros". Actas del IEE-Parte B: Ingeniería de radio y electrónica 102.1 (1955): 11-16.
- Brown, John (octubre de 1953). "Dieléctricos artificiales con índices de refracción inferiores a la unidad". Actas del IEE - Parte IV: Monografías institucionales . 100 (5): 51–62. CiteSeerX 10.1.1.192.289 . doi :10.1049/pi-4.1953.0009.Fecha de la versión actual: 22 de enero de 2010. Consulte: artículos relacionados en IEEE Xplore.
- Golden, Kurt E. Un estudio de dieléctricos artificiales. N° TDR-269 (4280-10)-4. Aerospace Corp. (1964) El Segundo, Ca.
- Lalanne, Philippe y Mike Hutley. "Las propiedades ópticas de los medios artificiales estructurados a escala de sublongitud de onda". Enciclopedia de ingeniería óptica (2003): 62-71. (Descarga gratuita en PDF)
- Rotman, Walter. "Simulación de plasma mediante dieléctricos artificiales y medios de placas paralelas". Antenas y propagación, IRE Transactions on 10.1 (1962): 82-95.
- Silin, RA (1972). "Propiedades ópticas de dieléctricos artificiales (revisión)". Radiofísica y electrónica cuántica . 15 (6): 615–624. Bibcode :1972R&QE...15..615S. doi :10.1007/BF01039343. S2CID 120809150.
- Una lente de Luneburgo para el SKA Resumen del proyecto de investigación del MNRF sobre la fabricación de una lente esférica refractora de microondas de bajo coste para radioastronomía, que propone el uso de dieléctricos artificiales.
- Una lente construida con capas esféricas uniformes parece factible.
- Collin, RE , Teoría de campo de ondas guiadas , 2.ª ed., Wiley-IEEE, 1991 (Capítulo 12).
Referencias
- ^ ab Milonni, Peter W. ; Instituto de Física (30 de noviembre de 2004). Luz rápida, luz lenta y luz zurda. CRC Press. pp. 221, 222. ISBN 978-0-7503-0926-4.Según la página web de CRC Press, publicada por primera vez en 2004. Archivado el 28 de septiembre de 2011 en Wayback Machine para este libro. Según la página de derechos de autor de este libro, accesible a través de Google Books, ya había llegado a su décima edición en algún momento de 2005.
- ^ abcd Wenshan, Cai; Shalaev, Vladimir (noviembre de 2009). Metamateriales ópticos: fundamentos y aplicaciones. Springer. pp. xi, 3, 8, 9, 59, 74. ISBN 978-1-4419-1150-6.
- ^ abcde Eleftheriades, George V. ; Balmain, Keith (julio de 2005). Metamateriales de refracción negativa: principios fundamentales y aplicaciones. John Wiley & Sons, Inc. pp. v, xiii, xiv, 4–7, 46, 47, 53. ISBN 978-0-471-60146-3.Los derechos de autor pertenecen al Instituto de Ingenieros Eléctricos .
- ^ abc Capolino, Filippo (5 de octubre de 2009). Teoría y fenómenos de los metamateriales. CRC Press. pp. 1–1 a 1–8. ISBN 978-1-4200-5425-5.
- ^ Investigación inicial sobre medio en varilla.
- Brown, J.; "Dieléctricos artificiales con índices de refracción menores que la unidad"; Actas del IEE - Parte IV: Monografías institucionales, Volumen 100, Número 5; Año de publicación: 1953, página(s) 51 - 62
- Golden, K. (1965). "Simulación de plasma con un dieléctrico artificial en una geometría de bocina". IEEE Transactions on Antennas and Propagation . 13 (4): 587. Bibcode :1965ITAP...13..587G. doi :10.1109/TAP.1965.1138461.
- Rotman, W. (1962). "Simulación de plasma mediante dieléctricos artificiales y medios de placas paralelas". IRE Transactions on Antennas and Propagation . 10 (1): 82. Bibcode :1962ITAP...10...82R. doi :10.1109/TAP.1962.1137809.
Enlaces externos
- Un dieléctrico artificial (conferencia en vídeo). Electromagnetismo y aplicaciones (Física). Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT)