МОДЕЛЬ ПОГЛИНАЛЬНОЇ СИСТЕМИ НА ОСНОВІ МЕТАМАТЕРІАЛУ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.70(2).2025.347974Ключові слова:
метаматеріал, метаатом, поглинання, відбивання, широкосмуговий поглинальний матеріал, мікрохвиліАнотація
У статті представлено математичну модель багатошарової мікрохвильової поглинальної системи на основі метаматеріалів, спрямовану на ефективне зниження коефіцієнта відбиття електромагнітних хвиль у діапазоні 2–18 ГГц. Робота актуалізує проблему розробки тонкошарових та недорогих матеріалів із широкосмуговими поглинальними властивостями, що мають значення як у цивільних, так і у військових застосуваннях (захист від електромагнітного впливу, радіолокаційна маскувальна техніка тощо). У дослідженні проаналізовано вплив комплексних діелектричної та магнітної проникностей на коефіцієнт відбиття, а також побудовано залежності S-параметрів для різних типів метаатомів. Проведено порівняння найпоширеніших резонансних структур — кільцевих, спіральних, H-типу та Split-Ring Resonator (SRR) — з погляду їх ефективності в широкому діапазоні частот. Показано, що концентричні кільцеві резонатори забезпечують найбільшу кількість резонансних піків.
Запропоновано конструкцію семикільцевого метаатома, оптимізовану за результатами чисельного моделювання (розмір елементарної комірки — 9×9 мм). Моделювання показало наявність шести піків поглинання в межах –8,8…–10,5 дБ, що засвідчує резонансний характер системи. Для підвищення ефективності поглинання розроблено комбіновану структуру, де поверхня метаматеріалу покрита модельним поглинальним матеріалом. Отримана система демонструє коефіцієнт поглинання понад 10 дБ у широкій смузі 3,3–18 ГГц, а при збільшенні товщини поглинального шару до 2 мм — від 15 до 25 дБ.
Обґрунтовано перспективність застосування багатошарових метаматеріальних структур для створення широкосмугових мікрохвильових поглиначів. Подальші дослідження мають бути спрямовані на експериментальну реалізацію та оптимізацію геометричних параметрів, зменшення товщини покриття і розширення діапазону поглинання нижче 3 ГГц.
Посилання
P. Sahoo, L. Saini, A. Dixit, “Microwave-absorbing materials for stealth application: a holis-tic overview”, Oxford Open Materials Science, vol. 3, no. 1, itac012, 2023. DOI: 10.1093/oxfmat/itac012
A. Houbi, A. A. Zharmenov, A. Yomen, et al. “Microwave absorbing properties of ferrites and their composites: A review”, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, vol. 529, pp. 167839, 2021. DOI: 10.1016/j.jmmm.2021.167839
Y. Didenko, A. Orlov, D. Tatarchuk, Y. Poplavko, “Metamaterials for Microwave Absorption and Re-flection Control”, in IEEE 42nd International Con-ference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), Kyiv, 2024, pp. 1–6. DOI: 10.1109/ELNANO63394.2024.10756849
Y. Sani, et al., “Enhanced electromagnetic micro-wave absorbing performance based on ferrites and carbon-based composites,” Results in Materials, vol. 20, p. 101142, 2023. DOI: 10.1016/j.rinma.2023.101142
F. Zhang et al., “Recent progress on carbon-based microwave absorption materials,” Composites Part B: Engineering, vol. 283, 116646, 2024. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2024.111646
R. Peymanfar et al., “Recent advances in microwave-absorbing materials,” Frontiers in Materials, vol. 10, 2023, 1133287. DOI: https://doi.org/10.3389/fmats.2023.1133287
K. J. Hughes et al., “Review of Carbon Nanotube Research and Development,” ACS Applied Nano Materials, 2024, vol. 7, no. 16, pp.18695–18713. DOI: https://doi.org/10.1021/acsanm.4c02721
Won-Ho Choi, Chun-Gon Kim, “Broadband microwave-absorbing honeycomb structure with novel design concept,” Composites Part B: Engineering, vol. 83, pp. 14-20, 2015. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2015.08.027
X. Huang et al., “Microwave Absorption Properties of Multi-Walled Carbon Nanotubes Composites,” Materials, vol. 15, is. 16, p. 5690, 2022. DOI: https://doi.org/10.3390/ma15165690
V. G. Veselago, “The electrodynamics of substances with simultaneously negative values of ε and μ,” Sov. Phys. Usp., vol. 10, no. 4, pp. 509–514, 1968. DOI: https://doi.org/10.1070/PU1968v010n04ABEH003699
A. El Assal et al., “Toward an Ultra-Wideband Hybrid Metamaterial Based Microwave Absorber,” Micromachines, vol. 11, no. 10, p. 930, 2020. DOI: https://doi.org/10.3390/mi11100930
J. Ren et al., “Multifunctions of microwave-absorbing materials and their potential cross-disciplinary applications: A mini-review,” Adv. Compos. Hybrid Mater., vol. 8, is. 202, 2025. DOI: https://doi.org/10.1007/s42114-025-01258-5
O. Ayop, M. K. A. Rahim, N. Murad, and N. A. Samsuri, “Dual Band Polarization Insensitive and Wide Angle Circular Ring Metamaterial Absorber,” in Proc. 8th European Conf. Antennas and Propagation (EuCAP 2014), pp. 955-957, 2014. DOI: https://doi.org/10.1109/EuCAP.2014.6901921
J. B. Pendry, A. J. Holden, D. J. Robbins, and W. J. Stewart, “Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 47, no. 11, pp. 2075–2084, 1999. DOI: http://doi.org/10.1109/22.798002
D. R. Smith, W. J. Padilla, D. C. Vier, S. C. Nemat-Nasser, and S. Schultz, “Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity,” Physical Review Letters, vol. 84, no. 18, pp. 4184–4187, 2000. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.84.4184
F. Bilotti et. al., “An SRR based microwave absorber,” Microwave and Optical Technology Letters, vol. 48, pp. 2171–2175, 2006. DOI: http://doi.org/10.1002/mop.21891
C. Watts et. al., “Metamaterial Electromagnetic Wave Absorbers,” Advanced Materials, vol. 24, pp. 98-120, 2012. DOI: http://doi.org/10.1002/adma.201200674
J. D. Baena et. al., “Artificial magnetic metamaterial design by using spiral resonators,” Physical Review B, vol. 69, no. 1, 014402, 2004. DOI: http://doi.org/10.1103/PhysRevB.69.014402
Y. Xiong et. al., “Combinatorial split-ring and spiral metaresonator for efficient magnon-photon coupling,” Phys. Rev. Applied, vol. 21, no. 3, 034034, 2024. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.21.034034
T. Lu et. al., “Dual-Band Perfect Metamaterial Absorber Based on an Asymmetric H-Shaped Structure for Terahertz Waves,” Materials, vol. 11, no. 2193, 2018. DOI: http://doi.org/10.3390/ma11112193
C. Chen et al., “Tunable Toroidal Response in a Reconfigurable Terahertz Metamaterial,” Advanced Optical Materials, vol. 9, is. 22, 2101215, 2021. DOI: https://doi.org/10.3390/mi11100930
K.Mazur, "Mathematical Model of a Microwave Absorbing Material," Prospective Technologies and Devices, vol. 1, no. 26, pp. 79-87, 2025. DOI 10.36910/10.36910/6775-2313-5352-2025-26-10
K.Mazur, "Microwave absorbing metamaterial," in Young scientists conference on semiconductor physics "Lashkaryov’s readings", Kyiv, 3-4 Apr. 2025, Україна. pp. 101-102, 2025. URL: https://drive.google.com/file/d/1R5O7OOSuI3zTcNTqA3K0RsEhMOBSmwnV/view
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Мазур К. С., Діденко Ю.В.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
