Frequency dependencies and scattering diagrams of combined metal-dielectric surfaces in frequency range of 16–25 GHz

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

Background and Objectives: It is known that the design of attenuating coatings is usually based on two main physical principles: scattering and absorption. The absorbing coatings include ultrathin films, which at nanoscale thicknesses of the conductive layer absorb up to 50% of the incident electromagnetic energy, and are also capable of attenuating the signal in a wide frequency range due to frequency-independent properties. One of the ways to achieve high scattering readings is the use of metastructural coatings. This work aims to develop compact scattering materials that are a combination of planar metastructures with thin nanoscale films. Combining metastructures and thin absorbing nanofilms allows utilizing the advantages of both approaches, providing high efficiency of attenuation of electromagnetic waves in the microwave range. This opens up new opportunities for the creation of multifunctional and highly efficient attenuation coatings, which can find wide application in various industries and science. Materials and Methods: Metastructures are a set of specially arranged subwavelength metallic or dielectric structures that interact resonantly with the electric or magnetic components of incident electromagnetic waves. The electromagnetic properties of such structures are mainly determined by the characteristics of the resonators and their mutual arrangement. Such a construction principle allows them to exhibit an effective electromagnetic response, which is unattainable in natural materials. As a source of ohmic losses, thin films based on metallic, carbon and organic structures have been investigated in this work. Thin film materials used in combination with metastructures were a glass or sital substrate with a functional layer deposited on them via magnetron sputtering. Due to the island structure formed at a certain thickness of the conducting material, such films allowed absorbing up to 35% of the incident radiation. Glass-textolite with one-sided copper metallization was used as a material for obtaining the tested structures. The topology of the conductive structure was formed by milling. Results: The research results have demonstrated that the magnitude of the normal component of the reflected electromagnetic wave is significantly reduced at a resonant frequency of 18.8 GHz due to the use of combination of these attenuating coatings. At this frequency, the attenuation coefficient reaches its peak value of 97.8% of the incident wave. The width of this resonant peak, at which the attenuation of the wave reaches at least 70%, is 450 MHz. But it should also be noted that the addition of a resistive film has the property of shifting the resonant peaks to a higher frequency region. Conclusion: Such materials can be used as protective coatings for buildings and structures in order to reduce the level of the passed electromagnetic radiation, but with a low reflection coefficient in the frequency range of 16–25 GHz. The low level of signal reflected from such a coating will contribute to the improvement of the electromagnetic environment and hygienic standards in the vicinity of radio transmitting facilities.

Sobre autores

Alim Mazinov

Physical-Technical Institute of V. I. Vernadsky Crimean Federal University

ORCID ID: 0000-0001-8015-8841
Código SPIN: 7412-4956
Scopus Author ID: 12784313000
4 Prospekt Vernadskogo, Simferopol 295007, Republic of Crimea, Russia

Nikolay Boldyrev

Physical-Technical Institute of V. I. Vernadsky Crimean Federal University

ORCID ID: 0000-0003-1804-4784
Código SPIN: 4198-7932
4 Prospekt Vernadskogo, Simferopol 295007, Republic of Crimea, Russia

Mikhail Padalinsky

Physical-Technical Institute of V. I. Vernadsky Crimean Federal University

ORCID ID: 0000-0001-9691-4066
Código SPIN: 5722-5803
4 Prospekt Vernadskogo, Simferopol 295007, Republic of Crimea, Russia

Ibraim Fitaev

Physical-Technical Institute of V. I. Vernadsky Crimean Federal University

ORCID ID: 0000-0003-2426-3692
Código SPIN: 4149-0643
4 Prospekt Vernadskogo, Simferopol 295007, Republic of Crimea, Russia

Aleksandr Starosek

Physical-Technical Institute of V. I. Vernadsky Crimean Federal University

ORCID ID: 0000-0001-9688-7598
Código SPIN: 2214-3349
Researcher ID: F-1525-2011
4 Prospekt Vernadskogo, Simferopol 295007, Republic of Crimea, Russia

Bibliografia

  1. Salahdine F., Han T., Zhang N. 5G, 6G, and Beyond: Recent advances and future challenges // Ann. Telecommun. 2023. Vol. 78, iss. 9–10. P. 525–549. https://doi.org/10.1007/s12243-022-00938-3
  2. СанПиН 1.2.3685-21. Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания: санитарные правила и нормы: утв. 28.01.2021. М. : Б. и., 2022. 469 с.
  3. Денисенко В. Беспроводные локальные сети // Современные технологии автоматизации. 2009. № 1. С. 90–102.
  4. Chen T., Tang W., Mu J., Cui T. J. Microwave Metamaterials // Annalen der Physik. 2019. Vol. 531, iss. 8. Art. 1800445. https://doi.org/10.1002/andp.201800445
  5. Van Schelven R. M., Bernardis A. F., Sberna P., Neto A. Drude Dispersion in the Transmission Line Modeling of Bulk Absorbers at Sub-mm Wave Frequencies: A tool for absorber optimization // IEEE Antennas and Propagation Magazine. 2022. Vol. 64, iss. 1. P. 50–60. https://doi.org/10.1109/MAP.2021.3073092
  6. El Assal A., Breiss H., Benzerga R., Sharaiha A., Jrad A., Harmouch A. Toward an Ultra-Wideband Hybrid Metamaterial Based Microwave Absorber // Micromachines. 2020. Vol. 11, iss. 10. Art. 930. https://doi.org/10.3390/mi11100930
  7. Li Z., Yang R., Wang J., Zhao Y., Tian J., Zhang W. Multifunctional metasurface for broadband absorption, linear and circular polarization conversions // Optical Materials Express. 2021. Vol. 11, iss. 10. P. 3507–3519. https://doi.org/10.1364/OME.437474
  8. Huang C., Pan W., Ma X., Luo X. Multi-spectral Metasurface for Different Functional Control of Reflection Waves // Scientific Reports. 2016. Vol. 6, iss. 1. Art. 23291. https://doi.org/10.1038/srep23291
  9. Semenikhina D. V., Chikov N. I., Semenikhin A. I., Gorbatenko N. N. Experimental studies of nonlinear metasurface with metamaterial substrate // 24th Telecommunications Forum (TELFOR). Belgrade, Serbia : IEEE, 2016. Art. 7818846. https://doi.org/10.1109/TELFOR.2016.7818846
  10. Semenikhin A. I., Semenikhina D. V., Yukhanov Yu.V., Blagovisnyy P. V., Ilyin I. V. Experimental and Numerical Investigations of Backscatter Patterns of the Blocks of Masking Digital Two-Bit Meta-covers // Journal of the Russian Universities. Radioelectronics. 2021. Vol. 24, № 4. P. 57–67. https://doi.org/10.32603/1993-8985-2021-24-4-57-67
  11. Gusev A. N., Mazinov A. S., Shevchenko A. I., Tyutyunik A. S., Gurchenko V. S., Braga E. V. The Voltage-Current Characteristics and Photoelectric Effect of Fullerene C60–N–Isoamylisatin 4-Methylphenylhydrazone Heterostructures // Technical Physics Letters. 2019. Vol. 45, iss. 10. P. 997–1000. https://doi.org/10.1134/S1063785019100080
  12. Sorathiya V., Lavadiya S., Parmar B., Das S., Krishna M., Faragallah O. S., Baz M., Eid M. M. A., Rashed A. N. Z. Numerical investigation of the tunable polarizer using gold array and graphene metamaterial structure for an infrared frequency range // Applied Physics B. 2022. Vol. 128, iss. 1. Art. 13. https://doi.org/10.1007/s00340-021-07731-5
  13. Yang L.-J., Li J.-S., Li X.-J. Transmission/reflection/ absorption individually control multifunctional metasurfaces // Optical Materials Express. 2022. Vol. 12, iss. 4. P. 1386–1396. https://doi.org/10.1364/OME.454456
  14. Мазинов А. С., Падалинский М. М., Болдырев Н. А., Старосек А. В. Моделирование рассеивающих свойств блочных метаповерхностей в диапазоне 16–25 ГГц и сравнение с экспериментальными результатами // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия : Физика. 2023. Т. 23, вып. 2. С. 102–111. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2023-23-2-102-111, EDN: SXWPVG
  15. Mazinov A., Boldyrev N., Padalinsky M., Starosek A. Investigation of the Attenuation Properties of a Compact Absorber Based on a Metamaterial and a Nanometer Conductive Film // 2023 Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW). Divnomorskoe, Russian Federation : IEEE, 2023. P. 304–307. https://doi.org/10.1109/RSEMW58451.2023.10202152
  16. Мазинов А. С. Физические и электродинамические свойства наноразмерных проводящих пленок на полимерных подложках // Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные технологии. 2020. Т. 12, № 2. С. 247–252. https://doi.org/10.17725/rensit.2020.12.247
  17. Юрцев О. А., Бобков Ю. Ю., Кизименко В. В., Юбко А. П., Герасимович Г. В. Моделирование антенн в режимах излучения и рассеяния в пакетах CST STUDIO, HFSS, FEKO и узкоспециализированных программах : методическое пособие по дисциплинам «Антенны и устройства СВЧ», «Методы и устройства формирования информационных электромагнитных полей», «Распространение радиоволн в антенно-фидерных устройствах», «Техника СВЧ и КВЧ в медицинских приборах». Минск : БГУИР, 2012. 62 с.
  18. Алексейчик Л. В., Курушин А. А. Проектирование СВЧ устройств в CST STUDIO SUITE. М. : Солон-Пресс, 2022. 276 с.
  19. Мазинов А. С., Болдырев Н. А., Падалинский М. М. Частотные характеристики спиралевидной треугольной метаповерхности и ее влияние на ослабление падающей волны // Радиолокация, навигация, связь: сб. трудов XXХ Международной научно-технической конференции (г. Воронеж, 16–18 апреля 2024 г.) : в 5 т. Воронеж : Издательский дом ВГУ, 2024. Т. 4. С. 327–330.
  20. Болдырев Н. А., Фитаев И. Ш., Падалинский М. М., Полетаев Д. А., Мазинов А. С. Возможности ослабления основного лепестка отраженной волны посредством спиралевидной треугольной метаструктуры // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2024. Т. 20, № 2. С. 116–123. https://doi.org/10.36622/1729-6501.2024.20.2.018, EDN: BKLSXZ

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».