Использование моделей Максвелла-Гарнетта и Бруггемана для описания гетерогенности кирального метаматериала на основе гаммадионов
Автор: Аралкин М.В., Дементьев А.Н., Осипов О.В.
Журнал: Инфокоммуникационные технологии @ikt-psuti
Рубрика: Теоретические основы технологий передачи и обработки информации и сигналов
Статья в выпуске: 4 т.18, 2020 года.
Бесплатный доступ
Рассмотрены обобщенные математические модели киральных метаматериалов СВЧ на основе различных форм записи материальных уравнений. В статье сделан вывод о необходимости описания кирального метаматериала как гетерогенной среды с учетом зависимости эффективной диэлектрической проницаемости от проницаемостей контейнера и киральных включений. Построены математические модели кирального метаматериала на основе формул Максвелла-Гарнетта и Бруггемана, учитывающие свойства гетерогенности. В качестве исследуемого кирального метаматериала была выбрана метаструктура на основе тонкопроволочных криволинейных гаммадионов с различным числом заходом. Для данной структуры были определены резонансные частоты киральных включений в виде многозаходных тонкопроволочных криволинейных гаммадионов. В качестве примера было проведено решение задачи об отражении (прохождении) плоской электромагнитной волны с линейной поляризацией от планарного слоя кирального метаматериала на основе равномерной матрицы из многозаходных тонкопроволочных криволинейных гаммадионов. Определено влияние количества заходов гаммадиона на отражающие и пропускающие свойства кирального метаматериала. В статье проанализированы вопросы использования формул Максвелла-Гарнетта и Бруггемана для учета гетерогенности кирального метаматериала и исследовано их влияние на результаты расчета коэффициентов отражения и прохождения волны. В работе доказано, что на ряде дискретных частот планарный слой кирального метаматериала на основе многозаходных тонкопроволочных криволинейных гаммадионов позволяет сконцентрировать падающее электромагнитное поле в плоскости метаструктуры.
Киральная среда, киральный метаматериал, метаматериал, метаструктура, пространственная дисперсия, частотная селективность, модель бругеманна, модель максвелла-гарнетта, модель кондона, гаммадион
Короткий адрес: https://sciup.org/140256273
IDR: 140256273 | DOI: 10.18469/ikt.2020.18.4.02
Список литературы Использование моделей Максвелла-Гарнетта и Бруггемана для описания гетерогенности кирального метаматериала на основе гаммадионов
- Capolino F. Theory and Phenomena of Metamaterials. London: CRC Press - Taylor & Francis Group, 2009. 992 p
- Engheta N., Ziolkowski R.W. Metamaterials: Physics and Engineering Explorations. Hoboken: Wiley, 2006. 414 p
- Iyer A.K., Alù A., Epstein A. Metamaterials and metasurfaces - Historical context, recent advances, and future directions //IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2020. Vol. 68, no. 3. P. 1223-1231. DOI: 10.1109/TAP.2020.2969732
- Electromagnetic Waves in Chiral and Bi-Isotropic Media / I.V. Lindell [et al.]. London: Artech House, 1994. 291 p
- Lakhtakia A., Varadan V.K., Varadan V.V. Time- Harmonic Electromagnetic Fields in Chiral Media. Lecture Notes in Physics. Berlin: Springer- Verlag, 1989. 121 p
- Caloz C., Sihvola A. Electromagnetic chirality. Part 1: The microscopic perspective [electromagnetic perspectives] //IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2020. Vol. 62, no. 1. P. 58-71. DOI: 10.1109/MAP.2019.2955698
- Controlling THz and far-IR waves with chiral and bianisotropic metamaterials / G. Kenanakis [et al.] // EPJ Appl. Metamaterials. 2015. Vol. 2. P. 15-1-12. DOI: 10.1051/epjam/2015019
- Veselago V.G. The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ // Soviet Phys. Uspekhi. 1968. Vol. 10, no. 4. P. 509-514
- Shelby R.A. Experimental verification of a negative index of refraction // Science. 2001. Vol. 292, no. 5514. P. 77-79
- 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. Vol. 3, no. 6. P. 830-837
- 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. Vol. 5, no. 9. P. 1450-1459
- Maxwell G.J.C. Colours in metal glassesand in metallic films // Phylos. Trans. R. Soc. London. Ser. A. 1904. Vol. 203. P. 385-420
- Bruggeman D.A.G. Berechnung verschiedener physikalischer Konstanten von eterogenen Substanzen, I. Dielektrizitatskonstanten und Leitfahigkeiten der Mischkorper aus sotropen Substanzen // Ann. Phys. 1935. Lpz. 24. P. 636-679
- Сушко М.Я., Криськив С.К. Метод компактных групп в теории диэлектрической проницаемости гетерогенных систем // Журнал технической физики. 2009. Т. 79, № 3. С. 97-101
- Юрасов А.Н., Яшин М.М. Теория эффективной среды как инструмент анализа оптических свойств нанокомпозитов // Российский технологический журнал. 2018. Т. 6, № 2 (22). С. 56-66
- Semchenko I.V., Tretyakov S.A., Serdyukov A.N. Research on chiral and bianisotropic media in Byelorussia and Russia in the last ten years // Progress in Electromagnetics Research. 1996. Vol. 12. P. 335-370
- Неганов В.А., Осипов О.В. Отражающие, волноведущие и излучающие структуры с киральными элементами. М.: Радио и связь, 2006. 280 с
- Harrington R.F. Time-Harmonic Electromagnetic Fields. New York: McGraw-Hill, 1961. 496 p
