بخشی از مقاله
چکیده - در این مقاله ما ضمن معرفی یک ساختار فرامواد جدید برای ایجاد ضریب شکست منفی با کیفیت عبور بسیار بالا، اثرات تغییر ثابت شبکه را در میزان کیفیت عبور - FOM - 1 و همچنین پهنای فرکانسی ضریب شکست منفی بررسی می کنیم. برای این ساختار در محدوده فرکانسی تراهرتز، کیفیت عبور بسیار بالای 66.8 مشاهده می شود که در مقایسه با ساختار های پیشنهادی در این محدوده فرکانسی، مقدار بالا و قابل توجهی است. مشاهده می شود که با افزایش ثابت شبکه، مقدار FOM کاهش یافته ولی پهنای فرکانسی ضریب شکست منفی افزایش می یابد که این به معنای وجود سازش بین FOM و پهنای فرکانسی است.
-1 مقدمه
یکی از کاربردهای مهم فراموادها استفاده از آن ها برای ایجاد ضریب شکست منفی است. این مفهوم برای اولین بار توسط آقای وسلاگو2به عنوان یک مفهوم تئوری مطرح شد [1] و پس از طرح آقای پندری برای ایجاد عملی و معرفی کاربردهای مهم آن، مورد توجه بسیاری از محققین قرار گرفت .[2] از شروع مطرح شدن این بحث تاکنون ساختارهای ابداعی زیادی برای ایجاد ضریب شکست منفی معرفی شده اند که همواره از دغدغه های مهم ابداع کنندگان آن ها، پهنای فرکانسی محدوده ضریب شکست منفی و به حداقل رساندن افت و در نتیجه به حداکثر رساندن عبور در این محدوده های فرکانسی است.
در این مقاله ما ساختاری را معرفی کرده ایم که در محدوده فرکانسی تراهرتز دارای افت بسیار کمی در مقایسه با ساختارهای پیشنهاد شده تاکنون است. علاوه بر این تاثیر ثابت شبکه را بر میزان افت و پهنای فرکانسی ضریب شکست منفی بررسی کرده ایم. مشاهده می شود که با افزایش ثابت شبکه پهنای فرکانسی افزایش می یابد ولی در نقطه مقابل، افت نیز به همراه آن افزایش می یابد. بنابراین بین کیفیت عبور و پهنای فرکانسی، تبادلی وجود دارد که بسته به اینکه کدام یک در کاربرد مورد نظر ما اولویت دارد با تنظیم مناسب ثابت شبکه، می توانیم به خواسته خود برسیم.
-2 معرفی ساختار فراماده پیشنهادی
سلول واحد ساختار پیشنهادی ما، تنها شامل یک تشدیدگر شبه U شکل - SUR - 3 است که از یک پایه ضخیم و دو بازو، همگی از جنس طلا، تشکیل شده است - شکل . - 1 از ابتدای شروع بحث فرامواد، ساختار های U شکل برای ایجاد پذیرفتاری مغناطیسی منفی مورد استفاده قرار می گرفتند. در اینجا ما با وسعت دادن به ناحیه پایینی ساختار علاوه ایجاد پذیرفتاری مغناطیسی منفی، گذردهی الکتریکی را نیز منفی می کنیم. ضخامت این تشدیدگر برابر w 1.6 m ، پهنای قسمت میانی 5.2 m d و ارتفاع آن 12 .5 m b است.
هر کدام از بازوها پهنای w 1.6 m و بلندی a 13 m را دارند. به جهت ساده سازی در شبیه سازی، برای این ساختار زیر لایه دی الکتریک را در نظر نگرفته ایم ولی در عمل می توان ساختار مذکور را در یک محیط میزبان از دی الکتریک قرار داد. طول سلول واحد در جهت محور x برابر 27 . 5 m و طول آن در جهت y را برابر 15 m در نظر می گیریم . با این انتخاب ها فاصله گاف بین المان های SUR در جهت محور x برابر 2 m می شود. در راستای x و y، ساختار متناوب بوده ولی تنها یک لایه از آن در جهت محور z در نظر گرفته می شود. موج الکترومغناطیسی دارای قطبش خطی در راستای محور x بود و در راستای z منتشر می شود.
در این ساختار، در بسامدهایی پایین تر از فرکانس پلاسمایی، گذردهی الکتریکی - - منفی به کمک بخش پایینی ضخیم ساختار و همچنین بازوهای آن ایجاد شده و پذیرفتاری مغناطیسی آن توسط القای یک جریان چرخشی دایره ای در ساختار و درنتیجه تشدید مغناطیسی در آن به وجود می آید. فرکانس تشدید مغناطیسی ساختار از فرکانس پلاسمایی موثر کمتر بوده و لذا و در محدوده فرکانسی مشترکی منفی شده که این منجر به ایجاد ضریب شکست منفی می شود.
نظر به اینکه در راستای انتشار، ابعاد ساختار پیشنهادی بسیار کوچکتر از ابعاد طول موج تابش فرودی است، از دید موج الکترومغناطیسی، ساختار پیوسته به نظر رسیده و در نتیجه با اطمینان می توان از نظریه محیط موثر 6 استفاده کرد. با استفاده از این نظریه، جهت اطمینان از وجود ضریب شکست منفی، پارامتر های موثر ساختار طراحی شده را به کمک روش های بازیابی استاندارد پیدا می کنیم .[4]
