Điều khiển vật liệu biến hóa hấp thụ sóng điện từ dải kép trong vùng tần số UHF bằng tác động cơ học
283 lượt xemDOI:
https://doi.org/10.54939/1859-1043.j.mst.84.2022.93-100Từ khóa:
Mechanically tunable; Dual-band; Metamaterial absorber; Ultra-high frequency.Tóm tắt
Chúng tôi nghiên cứu mô phỏng một cấu trúc vật liệu biến hóa hấp thụ sóng tuyệt đối sóng điện từ (MPA) băng tần kép hoạt động trong vùng tần số thấp, dựa trên đế polyimide có đặc tính đàn hồi. Khi vật liệu ở dạng phẳng, hai cực đại hấp thụ thu được tại tần số 450 MHz và 1,47 GHz với độ hấp thụ đạt trên 90%. Kích thước của ô cơ sở và độ dày của MPA tương ứng bằng 1/12 và 1/114 bước sóng tại tần số hấp thụ thấp nhất. Đặc biệt, MPA được đề xuất không nhạy với góc phân cực và hoạt động ổn định dưới góc tới rộng của sóng điện từ (duy trì độ hấp thụ cao hơn 90% khi góc tới lên đến 60o). Bên cạnh đó, khi cấu trúc được uốn cong (bán kính uốn cong khác nhau thay đổi từ 200 đến 500 mm) bằng tác động cơ học, các đỉnh hấp thụ mới được hình thành do sự bất đối xứng của cấu trúc. Đối với cả trạng thái phẳng và uốn cong, cơ chế hấp thụ được giải thích thông qua hiệu ứng cộng hưởng từ và sự phối hợp trở kháng hoàn hảo.
Tài liệu tham khảo
[1]. D. R. Smith, W. J. Padilla, D. Vier, S. C. Nemat-Nasser, S. Schultz, “Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity”, Phys. Rev. Lett., 84, 4184, (2000). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.84.4184
[2]. Y. J. Yoo, C. Yi, J. S. Hwang, Y. J. Kim, S. Y. Park, K. W. Kim, J. Y. Rhee, Y. Lee, “Experimental realization of tunable metamaterial hyper-transmitter”, Sci. Rep., 6(1), pp. 1 - 8, (2016). DOI: https://doi.org/10.1038/srep33416
[3]. Z. Duan, X. Tang, Z. Wang, Y. Zhang, X. Chen, M. Chen, Y. Gong, “Observation of the reversed Cherenkov radiation”, Nat. Commun., 8, 14901, (2017). DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms14901
[4]. N. Seddon, T. Bearpark, “Observation of the inverse Doppler effect”, Science, 302, 1537, (2003). DOI: https://doi.org/10.1126/science.1089342
[5]. N. I. Landy, S. Sajuyigbe, J. J. Mock, D. R. Smith, W. J. Padilla, “Perfect metamaterial absorber”, Phys. Rev. Lett., 100, 207402, (2008). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.100.207402
[6]. M. Bakır, M. Karaaslan, E. Unal, O. Akgol, C. Sabah, “Microwave metamaterial absorber for sensing applications”, Opto-Electron. Rev., 25(4), pp. 318 - 325, (2017) DOI: https://doi.org/10.1016/j.opelre.2017.10.002
[7]. A. Mohanty, O. P. Acharya, B. Appasani, S. K. Mohapatra, M. S. Khan, “Design of a novel terahertz metamaterial absorber for sensing applications”, IEEE Sen. J., 21(20), pp. 22688 - 22694, (2021). DOI: https://doi.org/10.1109/JSEN.2021.3109158
[8]. G. E. Persis, J. J. Paul, T. B. Mary, R. C. Joy, “A compact tilted split ring multiband metamaterial absorber for energy harvesting applications”, Mater. Today: Proc., 56, pp. 368 - 372, (2022). DOI: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2022.01.206
[9]. A. Elsharabasy, M. Bakr, M. J. Deen, “Wide-angle, wide-band, polarization-insensitive metamaterial absorber for thermal energy harvesting”, Sci. Rep., 10(1), pp. 1 - 10, (2020.) DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-73368-7
[10]. D. Hu, T. Meng, H. Wang, Y. Ma, Q. Zhu, “Ultra-narrow-band terahertz perfect metamaterial absorber for refractive index sensing application”, Results Phys., 19, p.103567, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.rinp.2020.103567
[11]. C. Gong, M. Zhan, J. Yang, Z. Wang, H. Liu, Y. Zhao, W. Liu, “Broadband terahertz metamaterial absorber based on sectional asymmetric structures”, Sci. Rep., 6(1), pp. 1 - 8, (2016). DOI: https://doi.org/10.1038/srep32466
[12]. M. Li, Z. Yi, Y. Luo, B. Muneer, Q. Zhu, “A novel integrated switchable absorber and radiator”, IEEE Trans. Antennas Propag., 64, no. 3, pp. 944 - 952, (2016). DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2515121
[13]. M. C. Tran, V. H. Pham, T. H. Ho, T. T. Nguyen, H. T. Do, X. K. Bui, S. T. Bui, D. T. Le, T. L. Pham, D. L. Vu, “Broadband microwave coding metamaterial absorbers”, Sci. Rep., 10(1), pp. 1 - 11 (2020). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-020-58774-1
[14]. Z. Zhang, L. Zhang, X. Chen, Z. Wu, Y. He, Y. Lv, Y. Zou, “Broadband metamaterial absorber for low-frequency microwave absorption in the S-band and C-band”, J. Magn. Magn. Mater., 497, p. 166075, (2020). DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2019.166075
[15]. M. R. Soheilifar, “Design, fabrication, and characterization of scaled and stacked layers metamaterial absorber in microwave region”, Microw. Opt. Technol. Lett., 58(5), pp. 1187 - 1193, (2016). DOI: https://doi.org/10.1002/mop.29762
[16]. P. Yu, L. V. Besteiro, J. Wu, Y. Huang, Y. Wang, A. O. Govorov, Z. Wang, “Metamaterial perfect absorber with unabated size-independent absorption”, Opt. Express, 26(16), pp. 20471 - 20480, (2018). DOI: https://doi.org/10.1364/OE.26.020471
[17]. A. Musa, M. L. Hakim, T. Alam, M. T. Islam, A. S. Alshammari, K. Mat, S. H. Almalki, M. S. Islam, “Polarization Independent Metamaterial Absorber with Anti-Reflection Coating Nanoarchitectonics for Visible and Infrared Window Applications”, Materials, 15(10), p. 3733, (2022). DOI: https://doi.org/10.3390/ma15103733
[18]. S. Yagitani, K. Katsuda, M. Nojima, Y. Yoshimura, H. Sugiura, “Imaging radio-frequency power distributions by an EBG absorber”, IEICE Trans. Commun. E, 94-B, 2306, (2011). DOI: https://doi.org/10.1587/transcom.E94.B.2306
[19]. F. Costa, S. Genovesi, A. Monorchio, “A chipless RFID based on multiresonant high-impedance surfaces”, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 61, 146, (2013). DOI: https://doi.org/10.1109/TMTT.2012.2227777
[20]. F. Costa, S. Genovesi, A. Monorchio, G. Manara, “On the bandwidth of high-impedance frequency selective surfaces”, IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., 8, 1341, (2009). DOI: https://doi.org/10.1109/LAWP.2009.2038346
[21]. B.X. Khuyen, B.S. Tung, Y.J. Yoo, Y.J. Kim, K.W. Kim, L.-Y. Chen, V.D. Lam, Y.P. Lee, “Miniaturization for ultrathin metamaterial perfect absorber in the VHF band”, Sci. Rep., 7, 45151, (2017). DOI: https://doi.org/10.1038/srep45151
[22]. S. J. Li, P. X. Wu, H. X. Xu, Y. L. Zhou, X. Y. Cao, J. F. Han, C. Zhang, H. H. Yang, Z. Zhang, “Ultra-wideband and polarization-insensitive perfect absorber using multilayer metamaterials, lumped resistors, and strong coupling effects”, Nano Res. Lett., 13(1), 386, (2018). DOI: https://doi.org/10.1186/s11671-018-2810-0
[23]. Y. J. Yoo, H. Y. Zheng, Y. J. Kim, J. Y. Rhee, J. H. Kang, K. W. Kim, H. Cheong, Y. H. Kim, Y. P. Lee, “Flexible and elastic metamaterial absorber for low frequency, based on small size unit cell”, Appl. Phys. Lett., 105, 041902, (2014).
[24]. S. Fan, Y. Song, “UHF metamaterial absorber with small-size unit cell by combining fractal and coupling lines”, Int. J. Antennas Propag., (2018). DOI: https://doi.org/10.1155/2018/9409152
[25]. B. X. Khuyen, B. S. Tung, Y. J. Kim, J. S. Hwang, K. W. Kim, J. Y. Rhee, V. D. Lam, Y. H. Kim, Y. Lee, “Ultra-subwavelength thickness for dual/triple-band metamaterial absorber at very low frequency”, Sci. Rep., 8(1), 11632, (2018). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-29896-4
[26]. D. T. Ha, B. S. Tung, B. X. Khuyen, T. S. Pham, N. T. Tung, N. H. Tung, N. T. Hoa, V. D. Lam, H. Zheng, L. Chen, Y. Lee, “Dual-Band, Polarization-Insensitive, Ultrathin and Flexible Metamaterial Absorber Based on High-Order Magnetic Resonance”, Photonics, 8(21), p. 574, (2021). DOI: https://doi.org/10.3390/photonics8120574
[27]. CST Microwave Studio 2015, License ID: 52856-1. Dassault Systèmes. Available online: http://www.cst.com (accessed on 15 June 2021).
[28]. B. X. Khuyen, B. S. Tung, N. V. Dung, Y. J. Yoo, Y. J. Kim, K. W. Kim, V. D. Lam, J. G. Yang, Y. Lee, “Size-efficient metamaterial absorber at low frequencies: Design, fabrication, and characterization”, J. Appl. Phys., 117(24), p. 243105, (2015). DOI: https://doi.org/10.1063/1.4923053
[29]. Y. J. Yoo, H. Y. Zheng, Y. J. Kim, J. Y. Rhee, J. H. Kang, K. W. Kim, H. Cheong, Y. H. Kim, Y. P Lee, “Flexible and elastic metamaterial absorber for low frequency, based on small-size unit cell”, Appl. Phys. Lett., 105 (4), 041902, (2014). DOI: https://doi.org/10.1063/1.4885095
[30]. B. Lin, S. Zhao, X. Da, Y. Fang, J. Ma, W. Li, Z. Zhu, “Triple-band low frequency ultracompact metamaterial absorber”, J. Appl. Phys., 117(18), 184503, (2015). DOI: https://doi.org/10.1063/1.4920994
[31]. X. Chen, T. M. Grzegorczyk, B. I. Wu, J. Pacheco Jr, J. A. Kong, “Robust method to retrieve the constitutive effective parameters of metamaterials”, Phys. Rev. E, 70, 016608 (2004). DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevE.70.016608
[32]. J. Zhou, E. N. Economon, T. Koschny, C. M. Soukoulis, “Unifying approach to left-handed material design”, Opt. Lett., 31, 3620 - 3622, (2006). DOI: https://doi.org/10.1364/OL.31.003620
[33]. S. Jung, Y. J. Kim, Y. J. Yoo, J. S. Hwang, B. X. Khuyen, L. Y. Chen, Y. Lee, “High-order resonance in a multiband metamaterial absorber”, J. Electron. Mater., 49(3), pp.1677 - 1688, (2020). DOI: https://doi.org/10.1007/s11664-019-07661-1
[34]. M. L. Hakim, T. Alam, A. F. Almutairi, M. F. Mansor, M. T. Islam, “Polarization insensitivity characterization of dual-band perfect metamaterial absorber for K band sensing applications”, Sci. Rep., 11(1), pp. 1 - 14, (2021). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-97395-0
[35]. J. S. Hwang, Y. J. Kim, Y. J. Yoo, K. W. Kim, J. Y. Rhee, L. Y. Chen, Y. P. Lee, “Switching and extension of transmission response, based on bending metamaterials”, Sci. Rep., 7, pp. 3559, (2017). DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-017-03824-4
[36]. V. Aksyuk, B. Lahiri, G. Holland, A. Centrone, “Near-field asymmetries in plasmonic resonators”, Nanoscale, 7, pp. 3634 - 3644 (2015). DOI: https://doi.org/10.1039/C4NR06755J
