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Jan 25, 2024

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 3641(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구에서는 하나 이상의 주파수에서 마이크로파를 흡수하도록 맞춤화할 수 있는 다중 공명 메타표면을 탐구합니다. 육각형, 정사각형 및 삼각형 모양의 공진 요소를 통합한 '앵커' 모티프를 기반으로 하는 표면 모양은 목표 범위의 마이크로파 응답을 제공하도록 쉽게 맞춤화할 수 있는 것으로 나타났습니다. 얇은(파장의 1/10 미만) 저손실 유전체에 의해 접지면 위에 이격된 에칭된 구리 층으로 구성된 메타표면이 실험적으로 특성화되었습니다. 각 모양의 요소의 기본 공진은 4.1GHz(삼각형), 6.1GHz(사각형) 및 10.1GHz(육각형)에서 나타나 식품 산업에서 관심 있는 범위에 걸쳐 단일 및 다중 주파수 흡수 가능성을 제공합니다. . 메타표면의 반사율 측정은 세 가지 기본 흡수 모드가 입사 편광은 물론 방위각과 고도각에도 크게 영향을 받지 않음을 보여줍니다.

메타물질을 무선 주파수(RF) 흡수체로 사용하는 것은 많은 연구자들의 관심을 끌었습니다1,2,3,4,5,6. 연구된 구조의 대다수는 미리 설계된 치수를 가진 단위 셀을 주기적으로 배열하는 데 의존합니다. 이러한 주기적 메타물질('메타표면'으로 더 잘 표시됨)은 레이더 단면적(RCS) 감소3, 감지1,4 및 태양 전지 설계1,5를 포함하여 광범위한 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다.

이러한 흡수체의 가장 간단한 예 중 하나는 현재 저자 중 일부의 2004년 작업에 설명되어 있습니다7. 조사 결과, 얇은 유전체 코어에 의해 접지면에서 분리된 얇은 금속 스트립 배열로 구성된 구조가 매우 효과적인 협대역 흡수체인 것으로 나타났습니다. 구조의 공진 주파수는 금속 스트립의 폭, 접지면과의 분리, 스트립 사이의 간격, 유전체 코어의 비유전율 및 두께에 의해 간단히 결정되었습니다. 실험에서는 두께가 400μm 미만(파장보다 약 100배 작은) 구조에서 약 7GHz에서 강한 흡수 대역을 나타냈습니다.

이후 몇 년 동안 이러한 단순 흡수체는 다양한 주기 패턴과 구조를 사용하여 적응되었습니다8,9,10,11,12. 대부분의 작업은 공진을 추가하거나 대역폭을 넓히는 데 중점을 두었습니다. 이러한 접근 방식에는 다층 구조13, 다중 공진 단위 셀14,15,16, 프랙탈 기하학17,18,19, 비주기적 패턴20,21,22,23 및 자성 재료24의 사용이 포함되었습니다. 다층 구조의 사용은 흡수 대역폭을 넓히는 데 매우 효과적인 방법을 제공합니다. 그러나 모드의 확장은 흡수체의 전체 두께를 증가시키는 대가로 발생하며 이는 특정 응용 분야에서는 바람직하지 않을 수 있습니다. 또한 계층화된 메타표면에는 계층의 정확한 정렬이 필요한 경우가 많아 장치 제조가 복잡해집니다. 흡수 대역을 넓히는 또 다른 접근 방식은 인접(아마도 중복되는) 주파수 대역에서 작동하는 다중 공진 구조를 갖는 단위 셀을 만드는 것입니다.

최근에는 공명 간격이 촘촘한 여러 메타표면이 제안되었습니다. 이러한 구조는 이산 공진 모드에 대한 선택적 결합이 필요할 수 있는 응용 분야로 인해 관심을 끌고 있습니다. 메타표면 흡수체 또는 주파수 선택 표면(FSS)으로서 다양한 복잡한 구조가 제안되었습니다. 메타표면을 설계할 때 대부분의 응용 분야에서 편광 제어 및 각도 안정성이 핵심 기능입니다. 이러한 기준을 충족시키기 위해 가장 높은 수준의 2차원 대칭을 제공하는 육각형 구조가 종종 탐색됩니다.

본 논문에서는 밀접하게 분리된 공진 모드에 대한 아이디어를 바탕으로 세 가지 국지적 공진 모드를 사용하여 새로운 앵커 모양 패턴의 공진 특성을 연구합니다. 패턴은 간단히 테셀레이션할 수 있는 접지면 위에 있으므로 참조7과 유사한 RF 흡수 구조를 생성합니다. 일반적으로 N극형(그룹-1), 롭형(그룹-2), 솔리드형(그룹-3) 및 기타 조합(그룹-3)의 네 가지 기본 유형의 공진기 요소 그룹이 3으로 분류됩니다. 그룹-4). 이 연구에서 탐구된 앵커 모양 패턴은 그룹 1 공진기로 분류됩니다. 이 연구의 목적은 각도에 독립적이고 국지적인 여러 공진을 동시에 지원하여 다중 주파수 기능을 활성화하지만 나머지 밴드의 성능에 미치는 영향을 최소화하면서 사소한 패턴 수정으로 하나 이상의 밴드를 비활성화할 수 있는 메타표면을 식별하는 것이었습니다. .