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metamaterial sintonizable

Un metamaterial sintonizable es un metamaterial con una respuesta variable a una onda electromagnética incidente. Esto incluye el control remoto de cómo una onda electromagnétic...

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Un metamaterial sintonizable es un metamaterial con una respuesta variable a una onda electromagnética incidente. Esto incluye el control remoto de cómo una onda electromagnética incidente (onda EM) interactúa con un metamaterial. Esto se traduce en la capacidad de determinar si la onda EM se transmite, se refleja o se absorbe. En general, la estructura reticular del metamaterial sintonizable es ajustable en tiempo real, lo que permite reconfigurar un dispositivo de metamaterial durante su funcionamiento. Abarca desarrollos que van más allá de las limitaciones de ancho de banda en materiales zurdos mediante la construcción de diversos tipos de metamateriales. La investigación actual en este campo incluye metamateriales de banda prohibida electromagnética (EBG), también conocidos como banda prohibida fotónica (PBG), y materiales de índice de refracción negativo (NIM). [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]

Descripción general

Dado que los materiales naturales presentan un acoplamiento muy débil a través del componente magnético de la onda electromagnética , se están investigando y fabricando materiales artificiales que presentan un fuerte acoplamiento magnético . Estos materiales artificiales se conocen como metamateriales. Los primeros se fabricaron (en el laboratorio) con una respuesta inherente y limitada a una banda de frecuencia estrecha en cada momento. Su objetivo principal era demostrar prácticamente los metamateriales. La naturaleza resonante de los metamateriales da como resultado una dispersión de frecuencia y un funcionamiento de ancho de banda estrecho , donde la frecuencia central está fijada por la geometría y las dimensiones de los elementos rudimentarios que componen el material compuesto. Posteriormente, se realizaron demostraciones de metamateriales que podían sintonizarse únicamente cambiando la geometría y/o la posición de sus componentes. A estos les siguieron metamateriales que pueden sintonizarse en rangos de frecuencia más amplios , junto con estrategias para variar las frecuencias de un único medio (metamaterial). Esto contrasta con el metamaterial de frecuencia fija, que está determinado por los parámetros incorporados durante la fabricación. [ 3 ] [ 4 ]

Estrategias de ajuste para resonadores de anillo partido

Los dispositivos basados ​​en metamateriales podrían incluir filtros, moduladores, amplificadores, transistores y resonadores, entre otros. La utilidad de dichos dispositivos se ampliaría enormemente si las características de respuesta del metamaterial pudieran ajustarse dinámicamente. El control de los parámetros electromagnéticos efectivos de un metamaterial es posible mediante componentes ajustables externamente.

Control de un solo elemento

Los estudios han examinado la capacidad de controlar la respuesta de partículas individuales utilizando dispositivos sintonizables como diodos varactores, materiales semiconductores y películas delgadas de titanato de bario y estroncio (BST). [ 5 ]

Por ejemplo, HT Chen, en 2008, pudo fabricar una celda resonadora de anillo partido repetitiva (SRR) con material semiconductor alineando los huecos. Este paso inicial en la investigación de metamateriales amplió el rango espectral de operación para un dispositivo de metamaterial específico dado. También abrió la puerta para implementar nuevos conceptos de dispositivos. La importancia de incorporar el material semiconductor de esta manera se destaca debido a los rangos de frecuencia más altos en los que opera este metamaterial. Es adecuado en terahercios (THz) y frecuencias más altas, donde todo el compuesto de metamaterial puede tener más de 10 4 celdas unitarias, junto con la integración vertical masiva de los elementos de sintonización. Las estrategias empleadas para la sintonización en frecuencias más bajas no serían posibles debido a la cantidad de celdas unitarias involucradas. El material semiconductor, como el silicio, se controla por fotoexcitación. Esto a su vez controla, o altera, el tamaño efectivo del condensador y sintoniza la capacitancia. Toda la estructura no es solo material semiconductor. Esto se denominó un 'híbrido', porque el material semiconductor se fusionó con material dieléctrico; una oblea de silicio sobre zafiro (SOS). Luego se apilaron las obleas, fabricando una estructura completa. [ 6 ] A. Degiron et al., parecen haber utilizado una estrategia similar en 2007. [ nota 1 ]

Control de múltiples elementos

Zhao et al. informaron sobre un medio magnético sintonizable multielemento. Esta estructura sumergía resonadores de anillo dividido (SRR) en cristales líquidos y logró un rango de sintonización del 2 %. [ nota 2 ]

Los SRR cargados con BST que comprenden metamaterial sintonizable, encapsulan toda la sintonizabilidad dentro del circuito SRR. [ 5 ]

En una sección posterior, un equipo de investigación informó sobre un medio de índice negativo sintonizable utilizando alambres de cobre y láminas de ferrita. El comportamiento de permeabilidad negativa parece depender de la ubicación y el ancho de banda de la resonancia ferrimagnética, una ruptura con los materiales totalmente no magnéticos, que produce una notable banda de índice negativo. Se necesita una bobina o un imán permanente para proporcionar la polarización del campo magnético para la sintonización.

Ajuste eléctrico

Sintonización eléctrica para metamateriales sintonizables. [ 6 ]

Control magnetostático

Control magnetostático para metamateriales sintonizables. [ 6 ]

bombeo óptico

Bombeo óptico para metamateriales sintonizables. [ 6 ]

NIMs sintonizables que utilizan material de ferrita

Las películas de granate de hierro e itrio (YIG) permiten una permeabilidad negativa continuamente ajustable , lo que resulta en un rango de frecuencia ajustable en el lado de alta frecuencia de la resonancia ferromagnética del YIG. La permitividad negativa complementaria se logra utilizando una única matriz periódica de alambres de cobre. Ocho alambres se espaciaron 1 mm entre sí y se colocó  una película ferromagnética de YIG multicapa de 400 mm de espesor en una guía de ondas de banda K. La película de YIG se aplicó a ambos lados de un sustrato de granate de galio y gadolinio de 0,5 mm de espesor. La resonancia ferromagnética se indujo cuando se aplicó el campo magnético H externo a lo largo del eje X. [ 3 ]  

El campo magnético externo se generó con un electroimán . Se conectaron pares de sintonizadores E-H antes y después de la guía de ondas que contenía el compuesto NIM. Se demostró la sintonizabilidad de 18 a 23 GHz . El análisis teórico posterior coincidió estrechamente con los resultados experimentales. [ 3 ] 

Se incorporó un espacio de aire en la estructura entre la matriz de cables de cobre y el YIG . Esto reduce el acoplamiento con la ferrita , material YIG. Cuando se alcanza una permeabilidad negativa en un rango de frecuencias, la interacción de la ferrita con los cables cercanos reduce el flujo de corriente neto en los cables. Esto es lo mismo que moverse hacia una permitividad positiva. Este sería un resultado indeseado, ya que el material dejaría de ser un NIM. La separación también reduce la pérdida efectiva del dieléctrico , inducida por la interacción del campo propio del cable con la permeabilidad. Además, hay dos fuentes de conducción en el cable de cobre . Primero, el campo eléctrico en una guía de ondas ( de microondas ) crea una corriente en el cable. Segundo, cualquier campo magnético arbitrario creado por la ferrita cuando se mueve a una configuración perpendicular induce una corriente . Adicionalmente, en frecuencias donde μ es negativo, el campo magnético de microondas inducido es opuesto al campo excitado en un modo de propagación TE10 en una guía de ondas . Por lo tanto, la corriente inducida es opuesta a la corriente resultante del campo eléctrico en una guía de ondas. [ 3 ]

Desfasador de metamaterial

En aplicaciones aeroespaciales (por ejemplo), los metamateriales de índice negativo son candidatos prometedores para desplazadores de fase sintonizables, compactos y ligeros . Debido a que los metamateriales designados pueden manejar los niveles de potencia adecuados, tienen fuertes características de dispersión y son sintonizables en el rango de microondas , muestran potencial para ser desplazadores de fase deseables. [ 7 ]

El metamaterial de índice negativo YIG es un compuesto que utiliza ferrita. Como metamaterial, la ferrita produce una permeabilidad magnética resonante (real) μ' lo suficientemente grande como para ser comparable a la del desfasador de ferrita convencional. La ventaja de usar un material de ferrita NIM para la aplicación de desfasador es que permite el uso de ferrita en la región de permeabilidad magnética negativa cerca de la FMR (frecuencia de resonancia ferromagnética) cuando esta es relativamente alta y aún así mantiene bajas pérdidas. Cerca de la frecuencia de FMR, la magnitud de μ' es mayor que en frecuencias alejadas de ella. Suponiendo que el factor de pérdida sea aproximadamente el mismo para el NIM y el desfasador de ferrita convencional, cabría esperar un rendimiento mucho mejor con el compuesto NIM, ya que los desfases serían significativamente mayores debido a una μ' diferencial más alta . [ 7 ]

Sintonización de cristales líquidos para metamateriales

Sintonización de resonancias plasmónicas en metamateriales con cristales líquidos

Los metamateriales que contienen elementos metálicos pueden soportar una amplia gama de resonancias plasmónicas . La introducción de una capa de cristal líquido en dichas estructuras permite controlar la longitud de onda y la amplitud de los picos de resonancia observados en los espectros de transmitancia o reflectancia . Esta sintonización surge de la reorientación del director del cristal líquido , lo que modifica su tensor de permitividad dieléctrica . Dos mecanismos principales son responsables: primero, la sensibilidad de las resonancias plasmónicas a los cambios en el entorno dieléctrico; y segundo, la influencia del cristal líquido en el estado de polarización de la luz incidente antes de que interactúe con los componentes metálicos de la metaestructura. [ 8 ]

Por lo tanto, los cristales líquidos se investigan ampliamente para la sintonización activa de varias resonancias plasmónicas, incluidas las resonancias de plasmones de superficie localizadas y las resonancias de red superficial en matrices periódicas de nanopartículas , las resonancias de plasmones de Tamm y otras. [ 9 ] [ 10 ]

Metamaterial de cristal líquido sintonizable en el infrarrojo cercano.

La sintonización en el rango del infrarrojo cercano se logra ajustando la permitividad de un cristal líquido nemático adherido . El material de cristal líquido parece utilizarse tanto como sustrato como recubrimiento para un metamaterial de índice negativo . El metamaterial puede sintonizarse desde valores de índice negativos , pasando por índice cero, hasta valores de índice positivos. Además, los valores de índice negativos pueden aumentarse o disminuirse mediante este método. [ 11 ] [ 12 ]

Sintonización de metamateriales de rejilla de alambre inmersos en cristal líquido nemático

Los conjuntos metálicos sublongitudinales, esencialmente otra forma de metamaterial, suelen operar en las frecuencias de microondas y ópticas. Un cristal líquido es transparente y anisotrópico en dichas frecuencias. Además, posee la propiedad inherente de ser intrínsecamente sintonizable y de proporcionar sintonización para los conjuntos metálicos. Este método de sintonización de un tipo de metamaterial puede utilizarse fácilmente como electrodos para aplicar voltajes de conmutación. [ 13 ]

Sintonización de NIM con cristales líquidos

Las áreas de investigación activa en materiales ópticos incluyen los metamateriales con índice de refracción negativo (NIM) y los metamateriales con índice de refracción cero (ZIM). Los complejos procesos necesarios para fabricar estos metamateriales a nanoescala han generado el interés por desarrollar estructuras prefabricadas y ajustables, capaces de reproducir rangos espectrales o resonancias específicas.

El método más comúnmente utilizado para lograr estos efectos es la sintonización electroóptica . En este caso, el cambio en el índice de refracción es proporcional al campo eléctrico aplicado o al cuadrado del módulo del campo eléctrico. Estos son, respectivamente, el efecto Pockels y el efecto Kerr . Sin embargo, para lograr estos efectos, es necesario incorporar electrodos durante el proceso de fabricación. Esto introduce una complejidad problemática en las técnicas de formación de materiales. Otra alternativa es emplear un material óptico no lineal como uno de los componentes de este sistema y depender de la intensidad del campo óptico para modificar el índice de refracción o los parámetros magnéticos. [ 14 ]

Sintonización de resonadores de silicio sobre anillo mediante cristales líquidos

Los resonadores de anillo son dispositivos ópticos diseñados para presentar resonancia en longitudes de onda específicas. En estructuras multicapa de silicio sobre aislante, pueden ser muy pequeños, exhibir un alto factor Q y tener bajas pérdidas, lo que los convierte en filtros de longitud de onda eficientes. El objetivo es lograr un índice de refracción sintonizable en un ancho de banda mayor. [ 15 ]

Ajustabilidad estructural en metamateriales

Se propone un nuevo enfoque para la sintonización eficiente de las características de transmisión de los metamateriales mediante un ajuste continuo de la estructura reticular, y se confirma experimentalmente en el rango de microondas. [ 16 ]

compuestos de metamateriales híbridos

Los metamateriales se investigaron originalmente como materiales de respuesta pasiva . La respuesta pasiva estaba y sigue estando determinada por la disposición de los elementos del metamaterial. En otras palabras, la mayor parte de la investigación se ha centrado en las propiedades pasivas de la transmisión novedosa, por ejemplo, el tamaño y la forma de las inclusiones, los efectos del espesor de la película metálica, la geometría de los orificios, la periodicidad , con respuestas pasivas tales como una respuesta eléctrica negativa, un índice negativo o un índice de gradiente, etc. Además, la respuesta resonante puede verse afectada significativamente al depositar una capa dieléctrica sobre matrices de orificios metálicos y al dopar un sustrato semiconductor . El resultado es un desplazamiento significativo de la frecuencia de resonancia . Sin embargo, incluso estos dos últimos métodos forman parte de la investigación de materiales pasivos. [ 17 ]

Los metamateriales electromagnéticos pueden considerarse compuestos estructurados con inclusiones metálicas sublongitudinales con patrones definidos . Como sistemas físicos mesoscópicos , se construyen a partir del nivel de la celda unitaria. Estas celdas unitarias están diseñadas para generar propiedades electromagnéticas específicas. Una característica de este tipo de metamaterial es que sus componentes individuales presentan una respuesta resonante (de acoplamiento) a los componentes eléctricos, magnéticos o ambos de la radiación electromagnética de la fuente. El metamaterial electromagnético, como medio de transmisión diseñado artificialmente, ha proporcionado hasta ahora las respuestas deseadas en frecuencias que van desde las microondas hasta el espectro visible cercano. [ 6 ]

La introducción de un material semiconductor natural dentro o como parte de cada celda de metamaterial da como resultado una nueva flexibilidad de diseño. La incorporación, aplicación y ubicación del material semiconductor se planifican estratégicamente para que se acople fuertemente a la frecuencia de resonancia de los elementos del metamaterial. El compuesto de metamaterial híbrido sigue siendo un material pasivo. Sin embargo, el acoplamiento con el material semiconductor permite la estimulación externa y el control del sistema híbrido en su conjunto, lo que produce alteraciones en la respuesta pasiva del metamaterial. La excitación externa se produce en forma, por ejemplo, de fotoconductividad, no linealidad o ganancia en el material semiconductor. [ 6 ]

Rango espectral ajustable mediante control de campo eléctrico.

Los metamateriales de terahercios (THz) pueden presentar un rango espectral sintonizable, donde la permeabilidad magnética alcanza valores negativos. Estos valores se han establecido tanto teórica como experimentalmente. El principio demostrado representa un avance hacia un metamaterial con índice de refracción negativo capaz de cubrir de forma continua un amplio rango de frecuencias THz y abre un camino para la manipulación activa de haces milimétricos y submilimétricos. [ 18 ]

metamateriales basados ​​en superficies con selectividad de frecuencia

Las superficies selectivas en frecuencia ( FSS ) se han convertido en una alternativa a los metamateriales de frecuencia fija , donde las geometrías estáticas y el espaciado de las celdas unitarias determinan la respuesta en frecuencia de un metamaterial dado. Debido a que las celdas unitarias dispuestas en una matriz mantienen posiciones estáticas durante el funcionamiento,sería necesario incorporar un nuevo conjunto de formas geométricas y espaciados en un material recién fabricado para cada frecuencia radiada y respuesta diferentes . En cambio, los metamateriales basados ​​en FSS permiten cambios opcionales de frecuencia en un único medio (metamaterial) en lugar de una restricción a una respuesta en frecuencia fija. [ 4 ]

Las superficies selectivas en frecuencia se pueden fabricar como matrices periódicas planas bidimensionales de elementos metálicos con formas geométricas específicas , o como aberturas periódicas en una pantalla metálica. Los coeficientes de transmisión y reflexión de estas superficies dependen de la frecuencia de operación y también pueden depender de la polarización y del ángulo de incidencia de la onda electromagnética transmitida sobre el material . La versatilidad de estas estructuras se demuestra al tener bandas de frecuencia en las que una FSS determinada es completamente opaca ( bandas de rechazo ) y otras bandas en las que la misma superficie permite la transmisión de ondas . [ 19 ]

Un ejemplo donde esta alternativa resulta altamente ventajosa es en el espacio profundo o con un satélite o telescopio en órbita . El costo de las misiones espaciales regulares para acceder a un solo equipo para su ajuste y mantenimiento sería prohibitivo. En este caso, el ajuste remoto resulta ventajoso. [ 4 ]

La FSS se desarrolló inicialmente para controlar las características de transmisión y reflexión de una onda de radiación incidente . Esto ha dado como resultado celdas más pequeñas , así como un aumento del ancho de banda y la capacidad de cambiar las frecuencias en tiempo real para materiales artificiales . [ 4 ]

Este tipo de estructura puede utilizarse para crear una superficie de metamaterial con la aplicación prevista de conductores magnéticos artificiales o aplicaciones para condiciones de contorno . Otra aplicación es como dispositivo de banda de parada para la propagación de ondas superficiales a lo largo de la interfaz. Esto se debe a que las ondas superficiales se crean como consecuencia de una interfaz entre dos medios con índices de refracción diferentes . Dependiendo de la aplicación del sistema que incluye los dos medios, puede ser necesario atenuar las ondas superficiales o aprovecharlas. [ 20 ]

Un metamaterial basado en FSS emplea un modelo (en miniatura) de circuito LC equivalente . A bajas frecuencias, la física de las interacciones se define esencialmente mediante el análisis del modelo LC y la simulación numérica . Esto también se conoce como el modelo LC estático. A frecuencias más altas, los conceptos LC estáticos dejan de estar disponibles. Esto se debe a la dependencia de la fase . Cuando el FSS se diseña para características de banda prohibida electromagnética ( EBG ), se diseña para ampliar sus propiedades de banda de parada en relación con las frecuencias de ondas superficiales (SW) dispersivas (microondas y radiofrecuencias). Además, como EBG, se diseña para reducir su dependencia de la dirección de propagación de la onda superficial que viaja a través de la superficie (interfaz). [ 20 ]

Conductores magnéticos artificiales y superficies de alta impedancia

Un tipo de metamaterial basado en FSS tiene la nomenclatura intercambiable de Conductor Magnético Artificial (AMC) o Superficie de Alta Impedancia (HIS). La HIS, o AMC, es una estructura electromagnética metálica artificial . La estructura está diseñada para soportar selectivamente corrientes de ondas superficiales, a diferencia de los conductores metálicos convencionales. Tiene aplicaciones en circuitos de microondas y antenas. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

Como plano de tierra de antena , suprime la propagación de ondas superficiales y se utiliza como una mejora respecto a la lámina metálica plana empleada como plano de tierra o reflector. Por lo tanto, esta estrategia tiende a mejorar el rendimiento de la antena seleccionada. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

Las ondas superficiales fuertes de suficiente intensidad, que se propagan sobre el plano de tierra metálico, alcanzan el borde y se propagan al espacio libre . Esto crea una interferencia multitrayecto . En contraste, la superficie HIS suprime la propagación de ondas superficiales. Además, se mejora el control del patrón de radiación de radiofrecuencia o microondas y se reduce el acoplamiento mutuo entre antenas. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ]

Al emplear planos de tierra convencionales como control experimental, la superficie HIS exhibe un patrón de radiación más suave, un aumento en la ganancia del lóbulo principal , una disminución en la radiación de retorno no deseada y una disminución en el acoplamiento mutuo. [ 21 ]

Descripción

Un HIS o AMC puede describirse como un tipo de material de banda prohibida electromagnética (EBG) o un tipo de compuesto sintético estructurado intencionalmente con una superficie conductora magnética para un rango de frecuencias asignado, pero definido. Las estructuras AMC o HIS suelen surgir de una base dieléctrica periódica diseñada junto con patrones de metalización diseñados para frecuencias de microondas y radio . El patrón de metalización generalmente viene determinado por la aplicación prevista de la estructura AMC o HIS. Además, dos propiedades inherentes notables, que no se encuentran en los materiales naturales, han dado lugar a un número significativo de aplicaciones en circuitos de microondas. [ 22 ] [ 23 ]

En primer lugar, las superficies AMC o HIS están diseñadas para tener un conjunto asignado de frecuencias en las que las ondas y corrientes electromagnéticas superficiales no pueden propagarse . Estos materiales resultan beneficiosos y prácticos como planos de tierra de antenas , pequeños filtros planos para el procesamiento de señales o filtros integrados en estructuras de guía de ondas . Por ejemplo, las superficies AMC como planos de tierra de antenas pueden atenuar eficazmente las fluctuaciones u ondulaciones de onda indeseables, a la vez que producen buenos patrones de radiación. Esto se debe a que el material puede suprimir la propagación de ondas superficiales dentro del rango de frecuencias prohibidas.

En segundo lugar, las superficies AMC tienen una impedancia superficial muy alta dentro de un rango de frecuencia específico , donde el campo magnético tangencial es pequeño, incluso con un campo eléctrico grande a lo largo de la superficie. Por lo tanto, una superficie AMC puede tener un coeficiente de reflexión de +1. [ 22 ] [ 23 ]

Además, la fase de reflexión de la luz incidente forma parte del conjunto de herramientas AMC y HIS. [ nota 3 ] La fase del campo eléctrico reflejado tiene incidencia normal la misma fase del campo eléctrico que incide en la interfaz de la superficie reflectante. La variación de la fase de reflexión es continua entre +180° y −180° con respecto a la frecuencia. Se cruza el cero en una frecuencia , donde ocurre la resonancia . Una característica notable es que el ancho de banda útil de un AMC se define generalmente como +90° a −90° a cada lado de la frecuencia central. [ 24 ] Por lo tanto, debido a esta condición de contorno inusual, a diferencia del caso de un plano de tierra metálico convencional , una superficie AMC puede funcionar como un nuevo tipo de plano de tierra para antenas de hilo de bajo perfil ( sistemas de comunicación inalámbrica ). Por ejemplo, aunque una antena de hilo horizontal esté extremadamente cerca de una superficie AMC, la corriente en la antena y su corriente imagen en el plano de tierra están en fase, en lugar de desfasadas, lo que fortalece la radiación. [ 23 ] [ 24 ]

[ 25 ]

AMC como banda prohibida FSS

Imagen superior : placa de circuito. La estructura consiste en una red de placas metálicas, conectadas a una lámina metálica sólida mediante vías conductoras verticales . Imagen inferior : vista superior de la superficie de alta impedancia, que muestra una red triangular de placas metálicas hexagonales. Esta configuración crea una superficie capacitiva e inductiva. Puede utilizarse como material de banda prohibida en frecuencias específicas. También está diseñado para mejorar el funcionamiento de la antena como un novedoso material periódico. [ 22 ]

Los materiales de superficies selectivas en frecuencia (FSS) pueden utilizarse como materiales de banda prohibida en el dominio de las ondas superficiales , en longitudes de onda de microondas y radiofrecuencia . El soporte de ondas superficiales es una propiedad inherente de los metales . Estas son ondas electromagnéticas propagantes que se encuentran confinadas a la interfaz entre la superficie del metal y el aire. Los plasmones superficiales ocurren en frecuencias ópticas, pero en frecuencias de microondas, son las corrientes normales que ocurren en cualquier conductor eléctrico . [ 20 ] [ 22 ] En radiofrecuencias, los campos asociados con las ondas superficiales pueden extenderse miles de longitudes de onda en el espacio circundante, y a menudo se describen mejor como corrientes superficiales. Pueden modelarse desde el punto de vista de una constante dieléctrica efectiva o una impedancia superficial efectiva. [ 22 ]

Por ejemplo, una lámina metálica plana siempre tiene una baja impedancia superficial . Sin embargo, al incorporar una textura especial en una superficie conductora , una geometría especialmente diseñada , es posible generar una alta impedancia superficial y modificar sus propiedades electromagnéticas y de radiofrecuencia . Las protuberancias están dispuestas en una estructura reticular bidimensional y pueden visualizarse como chinchetas que sobresalen de la superficie. [ 22 ]

Debido a que las protuberancias son ligeramente menores que la longitud de onda de operación , la estructura puede describirse mediante un modelo de medio efectivo , y las propiedades electromagnéticas pueden describirse mediante elementos de circuito concentrado ( condensadores e inductores ). Estos se comportan como una red de circuitos LC resonantes en paralelo , que actúan como un filtro eléctrico bidimensional para bloquear el flujo de corrientes a lo largo de la lámina. [ 22 ]

Esta estructura puede funcionar como un conductor magnético artificial (CMA) debido a su alta impedancia superficial dentro de un determinado rango de frecuencias. Además, como conductor magnético artificial, posee una banda de frecuencias prohibidas, sobre la cual no pueden propagarse ondas ni corrientes superficiales. Por lo tanto, las superficies de CMA presentan buenos patrones de radiación sin ondulaciones indeseadas, gracias a la supresión de la propagación de ondas superficiales dentro del rango de frecuencias de la banda prohibida. [ 23 ]

La impedancia superficial se deriva de la relación entre el campo eléctrico y el campo magnético en la superficie, que se extiende mucho más allá de la profundidad de penetración en el metal. Al aplicar una textura a la superficie metálica, la impedancia superficial se modifica y cambian sus propiedades de onda superficial . A bajas frecuencias, es inductiva y soporta ondas transversales magnéticas (TM). A altas frecuencias, es capacitiva y soporta ondas transversales eléctricas (TE). Cerca de la frecuencia de resonancia LC , la impedancia superficial es muy alta. En esta región, las ondas no se limitan a la superficie, sino que se irradian al espacio circundante . [ 22 ] [ 26 ]

Se fabricó una superficie de alta impedancia como una placa de circuito impreso. La estructura consiste en una red triangular de placas metálicas hexagonales, conectadas a una lámina metálica sólida mediante vías conductoras verticales . [ 22 ]

Banda prohibida fotónica compacta uniplanar

Se propone, simula y construye en laboratorio la banda prohibida fotónica compacta uniplanar (UC-PBG) para superar las limitaciones ya conocidas de la tecnología de circuitos planares. Al igual que las estructuras de banda prohibida fotónica, se graba en el plano de tierra de la línea microstrip. La geometría consiste en almohadillas metálicas cuadradas. Cada almohadilla metálica tiene cuatro ramas de conexión que forman un circuito LC distribuido. [ 27 ] [ 28 ]

Véase también

Revistas académicas
Libros sobre metamateriales

Notas

  1. ↑ A. Degiron, JJ Mock y DR Smith, Opt. Express 15, 3 (2007).
  2. ↑ Q. Zhao, L. Kang, B. Du, B. Li, J. Zhou, H. Tang, X. Liang y B. Zhang, Appl. Phys. Lett. 90, 011112 (2007)
  3. ↑ Cuando la luz pasa de un medio (n-1) a otro (n-2), la luz reflejada en esa interfaz experimenta un cambio de fase de la siguiente manera: si n-1 < n-2, hay un cambio de fase de 180 grados. Sin embargo, si n-1 > n-2, no hay cambio de fase.

Referencias

  1. ↑ Lapine, Mikhail (2009). "Metamateriales sintonizables: el paso clave para la aplicación práctica" (Página web en línea) . Sala de prensa de SPIE . doi : 10.1117/2.1200910.1827 .
  2. ↑ "Los metamateriales sintonizables implican la capacidad de cambiar continuamente sus propiedades mediante una influencia o señal externa, gracias al mecanismo intrínseco de sintonización."
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    • Versión autopublicada aquí
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