FindSlide.org - это сайт презентаций, докладов, шаблонов в формате PowerPoint.
Email: Нажмите что бы посмотреть
a << λ
Поле «не различает» дискретности частиц
Метаповерхность – плоский
аналог метаматериала
Средней направленности: (10..20 dBi)
Рупоры, спиральные, широкополосные антенны типа Вивальди и др.
Применение: базовые станции, измерения, облучатели
Остронаправленные: (>20 dBi)
Зеркальные, линзовые, антенные решетки.
Применение: космические исследования и связь
Отражательные решетки –
новый тип антенн
Планарные
Малый вес
Множество функций
Интеграция с цепью управления
R. E. Munson and H. Haddad,
U.S. patent 4,684,952, August 1987.
Действительно планарной ОР
делают элементы в виде
микрополосковых антенн –
Печатное исполнение
Нагрузка – линия задержки
За счет переменного
размера
За счет поворота
элементов (CP)
Интеграция солнечной батареи и ОР для космоса
NASA
ОР на 77 ГГц – многослойная керамическая плата
Антенный пост
РЛО С-300
КИП переливания
КИП неравномерности
HFSS
CST
FEKO
Полоса
элемента:
Широкополосное
обеспечение фазы:
λ/2, 848 эл. λ/3, 1941 эл.
Зависимость КУ от частоты:
Фазовая ошибка от частоты:
D = 6.275 дюйма = 17λ @ 32 ГГц / Rogers 5880
P. Nayeri et al. PIER C, 2011
1. Ka-диапазон (32 ГГц):
Кольцевой резонатор – поворот элемента
2. C-диапазон (7.1 ГГц):
Крест-диполь – настройка размером эл-та
3. X-диапазон (8.4 ГГц):
Разомкнутая квадратная рамка – настройка положением щелей
0.566 м: 692 диполей, 685 квадратов, 10760 колец
A. Yu et al. IEEE APSURSI, 2010
Геометрический способ:
Решетка делится на N подрешеток,
каждая из которых создает луч
в заданном направлении
Недостатки:
Подрешетки имеют меньшую
апертуру
Ниже КУ
Выше УБЛ
Выход: Численная оптимизация
Необходимо изменять фазовое распределение
2. Электронное сканирование:
Фаза отклика каждого элемента контролируется управляющим элементом. Например: ЦФВ
3. Гибридные способы:
Увеличить диапазон перестройки, снизить стоимость решетки
Mathieu Riel et al.,
IEEE TAP, 2007
Эскиз и Макет ОР на 5.45 ГГц
С.В. Поленга, М.И. Сугак. Журнал Сиб.Фед.ун-та, 2011
Прототип ОР ММ-диапазона:
I. Shadrivov, P. Kapitanova,
S. Maslovski, and Y. Kivshar PRL, 2012
http://phoi.ifmo.ru/metamaterials/
Пример: фокусировка/дефокусировка/
изменение направления луча
Применение : управляемая светом ОР
Резонансный МП-элемент
Экв.схема:
Диэлектрическая нерезонансная ОР на 100 ГГц –
фактически – зонированная линза
Payam Nayeri et al.,
IEEE AP-S, 2013
Направление
приема
Цилиндрический облучатель
Апертура ОР
Фазировка ОР при помощи
линий задержки
US Patent, Aug 4, 1987, 4,684,952
Mohsen Sazegar et al.,
IEEE TAP, 2012
Комп.модель ячейки
Выигрыш в поглощении энергии
до 30% в ИК-диапазоне и
до 15% - в видимом
Размер антенн –
160 нм
НИУ ИТМО совместно с Aalto university
Солнечные батареи на тонких пленках – гибкие, более практичные и дешевые в изготовлении,
но менее эффективные, чем объемные
Матрица золотых нано-антенн
Серебряные нано-антенны на фотодетекторе
Аналогичная задача
существует для повышения
чувствительности
ТГц детекторов
http://phoi.ifmo.ru/metamaterials/
Стандартная реализация –
Множество вложенных шаровых слоев
с разным показателем преломления
Требуется большое число слоев – высокая стоимость
Объем полностью заполнен – значительный вес
Сопровождение
движущихся спутников
Одновременная работа
по нескольким спутникам
Экспериментальный образец:
Широкая полоса частот (5-15 ГГЦ)
Малый вес (в 3-4 раза ниже многослойной линзы)
Состоит из одинаковых элементов
Используется один материал
Может быть изготовлена на 3D-принтере
Радиальные диэлектрические штырьки переменного
профиля образуют неоднородный материал
Carl Pfeiffer and Anthony Grbic, IEEE TAP, 2010
Линза Люнеберга
фокусирует излучения
источника на ее периферии
Неоднородная линза Микаэляна фокусирует излучение
точечного источника, расположенного
в торце цилиндра если:
Распределение показателя преломления достигается
использованием многослойной структуры с элементарной ячейкой определенной формы:
А.М. Александрин, Ю.П. Саломатов.
Доклады ТУСУРа, 2012
E
k
Режимы работы:
f < fp – запредельный режим,
экспоненц.затухание,
εreff<0
f = fp – ENZ метаматериал, бесконечная фазовая скорость
εref=0
f > fp – распространяющаяся волна, εref>0
fp - плазменная частота, зависит от
геометрических параметров решетки
Лучи в слое из проводов:
Точечный
монополь:
Экспериментальная реализация
слоя из проводов:
Bonefacic, D., Hrabar, S. et al,
Microw. Opt. Technol. Lett, 2006
Оптимальный рупор для заданной длины
имеет фиксированные размеры апертуры
За счет вставки из проволочного метаматериала
длину можно уменьшить с тем же КИП
КУ короткого рупора
равен КУ длинного:
Не содержит диэлектрика! Удобно для космических систем.
Hrabar, S. et al.,
Proc. IEEE APS 2008
Типичная антенна бегущей волны:
максимум излучения – под углом
Излучающая линия передачи
Волновод с проволочной средой реализует:
Режим обратной волны
Режим с бесконечной фазовой скоростью
Режим с прямой волной
частотное сканирование
Hrabar, S et al., Proc. Meta 2008
Искусственный диэлектрик на замедляющей структуре дает
широкополосность и всенаправленность одновременно
Dmitry Tatarnikov, Topcon
λ/4
Металлический
экран
(Е=0, Z=0)
00 при
отражении
h<<λ
Магнитный экран
(Н=0, Z=∞)
?
Не существует природных стенок
с магнитными свойствами
НО! Это – не совсем
планарная структура! Нужна миниатюризация!
Отражение с фазой 00
Высокоимпедансная поверхность (грибная)
Можно еще увеличить
емкость:
Горизонтальный диполь над металлическим экраном –
изображение в противофазе – трудно согласовать
Горизонтальный диполь над поверхностью с высоким
импедансом – изображение в фазе – легко согласовать!
Dan Sievenpiper et al., IEEE MTT Trans.,1999
ВИП подавляют поверхностные волны TE- и TM-типов
– эффект запрещенной зоны
Структура из метаматериала позволяет
добиться развязки элементов антенной решетки!
G. Poilasne, PIER, 2003
Результат измерения
ближнего поля
Область пониженного поля
в ближней зоне
S.A. Tretyakov et al, Improving antenna near-field
pattern by use of artificial impedance screens, 2005
У обычной GNSS антенны – высокое
боковое и заднее излучение –
Ошибка измерения координат из-за
многолучевости
Промышленные GNSS антенны делают
с подавлением многолучевости за счет
высокоимпедансных поверхностей
Происходит подавление краевых эффектов
– ровная форма ДН
– нет фазовых ошибок
Плоская поверхность: Выпуклая поверхность: