بخشی از مقاله
خلاصه
دراین متن ابتدا ساختار جاذب های متامتریال و مزایای آن معرفی می گردد وسپس با ذکر روابط فیزیکی برای میزان جذب امواج،علت مناسب بودن این طرح متامتریالی برای جذب کامل شرح داده می شود. درادامه بهینه ترین از نظر سبکی ونازک بودن جاذب در بین طرح های ارائه شده در آخرین تحقیقات ارائه شده است. سپس یک طرح بهینه متامتریال طراحی شده در این مبحث معرفی می گردد وبا استفاده از شبیه سازی نشان داده می شود که این طرح با ضخامت نصف ،میزان جذب بالاتری را ارائه می دهد. سپس عدم حساسیت جاذب نسبت به زاویه پلاریزاسیون موج تابشی به نمایش در می آید. درپایان یک جاذب دولایه با دوفرکانس جذب طراحی می گردد ونشان می دهیم که در طرحی با ابعاد ساختارهای قبلی می توان در دوفرکانس متفاوت به میزان جذب بالا رسیدواین کار فقط با تغیر در شکل پچ های فلزی سلولهای متامتریال انجام می گیرد. سپس عدم حساسیت طرح دوم نسبت به زاویه تابش موج در نموداری نشان داده خواهد شد و پیشنهاداتی برای طرح هاو تحقیقات آتی داده خواهد شد.
کلمات کلیدی: متامتریال،جاذب،ضخامت،فرکانس،امواج
.1 مقدمه
استفاده از پوشش های پنهان شدن اهداف متحرک از رادارهایی که در باند مایکروویو عمل می نمایند و همچنین استفاده از لباسهای نامرئی کننده - درفرکانس نور مرئی - درکاربردهای نظامی از سالها قبل مورد توجه محافل علمی بوده است. وجاذب های امواج الکترومغناطیس از زمان جنگ جهانی دوم مورد تحقیق قرار گرفته اند. ولیکن از زمان کشف متامتریال ها و خاصیت ضریب شکست منفی آنها سبب ایجاد پیشرفت های زیادی در این زمینه شده است.متامتریال ها ساختارهای مصنوعی پریودیکی می باشند که در طبیعت یافت نمی شوند و در سالهای اخیر توجه زیادی از محققین را به خود جلب نموده است.[1]
جاذب های متامتریال دارای کاربردهای متنوعی در پنهان کاری راداری ونظامی، درمان تومارها وغیره دارند ودرطیف فرکانسی مایکروویو تا فرکانس های نوری طراحی شده اند.[2]در مرجع 3 نوعی ساختار جاذب متامتریال مستقل از پلاریزاسیون موج الکترومغناطیس تابشی طراحی شده است و نتایج شبیه سازی و جاذب ساخته شده در آزمایشگاه با هم مقایسه شده اند. اکثر جاذب های متامتریال فقط در یک فرکانس مرکزی عمل جذب کامل را انجام می دهند و در بقیه فرکانس ها جذب افت می نماید. طراحی جاذب هایی که در طیف فرکانسی وسیعتری عمل جذب بالای %90 را انجام دهند از اهداف مهم بیشتر محققین می باشد.
برای طراحی جاذب های پهن باند راهکارهایی ارائه شده است که یکی از آنها استفاده از ساختارهای چند لایه می باشد. در ساختارهای چند لایه نکته قابل ذکر این است که اجازه ندهیم ضخامت کل ساختار افزایش یابد زیرا نازک بودن جاذب از اولویت های کاربردی جاذب ها میباشد. در مرجع 4 جاذب های پهن باند وجاذب ها با فرکانس جذب قابل تنظیم مورد بررسی قرار گرفته اند[4] ،.[3]اولین جاذب متامتریال درصد جذبی حدود %88 داشت که توسط لندی با ساختار متامتریالی با استفاده از رینگ های رزوناتوری مجزا و سیمهای قطع کننده ساخته شد.[5]مکانیزم جذب و فرکانس اصلی جذب توسط چندین عامل کنترل می شود که عبارت از شکل پچ فلزی لایه رویی، ضخامت لایه عایق و تانژانت تلفات عایق می باشند.
قبل از توضیحات بیشتر ابتدا جاذب نازک طراحی شده در فرکانس 8گیگاهرتز با درصدجذب بسیار بالای 99/99درصد را در شکل 1 به نمایش می گذاریم. این طراحی باروش تمام موج حوزه فرکانس و توسط نرم افزار شبیه سازی cst انجام گرفته است. وقتی یک موج الکترومغناطیس به ساختاری که از سلولهای پریودیک بصورت شکل 1 برخورد می نماید،رابطه جذب طبق معادله 1 می باشد. با توجه به اینکه لایه زیرین یک فلز کامل می باشد تمام موج از آن منعکس می شود و اجازه عبور را نمی دهد، و 7 - - 0 خواهد شد.[5]جاذب های متامتریال طراحی شده دارای ضخامت کمی می باشند وهرچه این ساختارها نازکتر باشد برای کاربردهای عملی کم هزینه تر و مناسبتر می باشد.
در مقاله مرجع 8 یک ساختار متامتریال بسیار نازک در فرکانس 4/70 گیگاهرتز وضخامت بسیاراندک 0/8میلیمتر و با درصد جذب حدود 99/50 درصد طراحی شده است ودر شکل 1 نشان داده شده است.با توجه به اینکه ضریب بازگشت بصورت معادله - - 0 - / - + 0 - می باشد که امپدانس مشخصه محیط متامتریال و 0 امپدانس مشخصه فضای آزاد می باشد، اگر بتوانیم امپدانس مشخصه متامتریال را برابربا امپدانس محیط قرار دهیم آنگاه ضریب انعکاس صفر می شود وتوانسته ایم جاذب متامتریال کاملی طراحی نماییم. [6]درحقیقت نکته مهم متامتریال ها این است که می توان با تغیر ساختار سلولها به ضریب گذردهی الکتریکی ومغناطیسی دلخواه در فرکانس رزونانس دست یابیم ودر نتیجه می توانیم در این فرکانس به امپدانس مشخصه برابر فضای آزاد و جذب کامل برسیم - . - 7
