Аннотация:Основная цель данной работы доказать - экспериментально и методами моделирования - что в метаповерхностях, состоящих из одного слоя взаимодействующих магнитных мета-атомов, локальная магнитная проницаемость зависит от координаты, величины взаимодействия метаатомов и частоты. Вблизи резонансной частоты распределение локальной магнитной проницаемости существенно неоднородно и связано с распространением магнитоиндуктивных волн, а модель эффективной проницаемости не применима.
Для достижения поставленной цели в процессе работы было необходимо решить несколько задач. В частности:
Разработать методику расчета локальной проницаемости с учетом взаимодействия мета-атомов и неоднородного возбуждения метаповерхности вблизи резонансной частоты, связанного с распространением магнитоиндуктивных волн, и учесть конечные размеры метаповерхности и связанные с этим граничные условия.
Разработать метод экспериментального определения локальной магнитной проницаемости на заданной частоте вблизи метаповерхности.
Собрать, отладить, апробировать автоматическую установку для двумерного сканирования метаповерхностей на базе векторного анализатора цепей. В частности, в среде Arduino IDE создать программное обеспечение микроконтроллера, необходимое для автоматического перемещения приемной антенны; разработать приложение в пакете Visual Studio для проведения эксперимента, с использованием библиотеки VISA для управления измерительным оборудованием; в пакете MatLab разработать программное обеспечение для обработки и визуализации экспериментальных данных.
5
Изготовить метаповерхности с использованием до 15*15 расщепленных кольцевых резонаторов с целевым значением резонансной частоты в районе 50 МГц. Для этого изготовить не менее 250 элементов и подстроить частоту с точностью не менее 0.2%, используя впаянные конденсаторы.
Определить величины взаимодействия метаатомов в планарной конфигурации для расстояний характерных для метаповерхностей в МГц диапазоне.
Определить влияние геометрии возбуждающей антенны на симметрию распространения магнитоиндуктивных волн в случае линейных метаматериалов и изготовить системы держателей антенн для симметричного локального и однородного возбуждения метаповерхностей.
Экспериментально и численно получить значения магнитной проницаемости изолированного мета-атома вблизи резонансной частоты. Убедиться в применимости модели для расчета.
Исследовать влияние окружения мета-атома на его магнитную проницаемость вследствие взаимодействия метаатомов и распространения по метаповерхности магнитоиндуктивных волн. Для этого экспериментально получить значения локальных токов в элементах метаповерхностей с квадратной решеткой при локальном возбуждении центрального элемента вблизи резонансной частоты. Провести моделирование возбуждения мета- поверхности с учетом взаимодействия мета-атомов вплоть до 3го порядка.
Исследовать неоднородное распределение локальной магнитной восприимчивости метаповерхности в зависимости от частоты при возбуждении однородным магнитным полем, подтвердив, таким образом, предположение о том, что теория эффективной среды не пригодна для описания отклика метаповерхностей вблизи резонансной частоты элементов.