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Scientific Reports volume 13、記事番号: 3641 (2023) この記事を引用

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この研究では、1 つ以上の周波数でマイクロ波を吸収するように調整できる多重共振メタ表面が調査されています。 六角形、正方形、三角形の共鳴素子を組み込んだ「アンカー」モチーフに基づく表面形状は、目標範囲のマイクロ波応答を提供するように容易に調整できることが示されています。 薄い (波長の 1/10 未満) 低損失誘電体によってグランド プレーンの上に間隔をあけられた、エッチングされた銅層で構成されるメタサーフェスが実験的に特性評価されます。 各形状要素の基本共振は 4.1 GHz (三角形)、6.1 GHz (正方形)、および 10.1 GHz (六角形) で示され、食品業界にとって興味深い範囲にわたる単一および複数の周波数吸収の可能性を提供します。 。 メタサーフェスの反射率測定は、3 つの基本吸収モードが入射偏光、方位角と仰角の両方にほとんど依存しないことを示しています。

無線周波数 (RF) 吸収体としてのメタマテリアルの使用は、多くの研究者にとって興味深いものでした 1、2、3、4、5、6。 研究された構造の大部分は、事前に設計された寸法を持つ単位セルを周期的に配置することに依存しています。 これらの周期的なメタマテリアル (「メタ表面」と呼ぶ方が適切です) には、レーダー断面積 (RCS) の縮小 3、センシング 1,4、太陽電池の設計 1,5 など、幅広い応用の可能性があります。

このような吸収体の最も単純な例の 1 つは、現在の著者らによる 2004 年の研究で説明されています 7。 彼らの研究では、薄い誘電体コアによってグランドプレーンから分離された薄い金属ストリップのアレイからなる構造が、非常に効果的な狭帯域吸収体であることが示されました。 構造の共振周波数は、金属ストリップの幅、グランドプレーンからの距離、ストリップ間のギャップ、誘電体コアの比誘電率と厚さの両方によって単純に決定されます。 実験では、厚さ400μm未満(波長の約100分の1)の構造において、約7GHzに強い吸収帯域があることが実証されました。

その後、これらの単純な吸収体は、さまざまな周期パターンと構造を使用して適応されました8、9、10、11、12。 作業の多くは、共鳴を追加したり、帯域幅を広げたりすることに重点を置いています。 これらのアプローチには、多層構造 13、多重共鳴単位セル 14、15、16、フラクタル幾何学 17、18、19、非周期パターン 20、21、22、23、および磁性材料 24 の使用が含まれます。 多層構造の使用は、吸収帯域幅を広げるための非常に効果的な方法を提供します。 ただし、モードの拡大には吸収体の総厚が増加するという犠牲が伴い、これは特定の用途にとっては望ましくない可能性があります。 層状のメタサーフェスでは、多くの場合、層の正確な位置合わせが必要となり、デバイスの製造が複雑になります。 吸収帯域を広げるもう 1 つのアプローチは、隣接する (おそらく重複する) 周波数帯域で動作する複数の共振構造を備えた単位セルを作成することです。

最近、密集した共鳴を伴ういくつかのメタ表面が提案されています 25。 これらの構造は、離散共振モードへの選択的結合を必要とする可能性がある用途のために興味深いものです。 メタ表面吸収体または周波数選択表面 (FSS) として、一連の複雑な構造が提案されています 26、27、28、29、30、31、32。 メタサーフェスを設計する場合、ほとんどのアプリケーションでは、偏光制御と角度安定性が重要な機能です。 これらの基準を満たすために、最高レベルの二次元対称性が得られる六角形構造がよく検討されます。

この論文では、密接に分離された共振モードの考えに基づいて、3 つの局在共振モードを持つ新しいアンカー型パターンの共振特性を研究します。 パターンは単純にテッセレーションできるグランド プレーンの上にあり、参考文献 7 と同様の RF 吸収構造を作成します。 一般に、共振器素子グループには 4 つの基本的なタイプがあり、N 極 (グループ 1)、ロップ形状 (グループ 2)、ソリッド形状 (グループ 3)、およびその他の組み合わせ (3) の 4 つの基本タイプがあります。グループ-4)。 この研究で調査されたアンカー型のパターンは、グループ 1 共振器として分類されます。 この研究の目的は、複数の角度的に独立した局所的な共振を同時にサポートし、多周波数機能を可能にするメタサーフェスを特定することでしたが、残りのバンドのパフォーマンスへの影響を最小限に抑えながらパターンをマイナー変更することで 1 つ以上のバンドを非アクティブ化するオプションも備えています。 。