بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله یک جاذب فراموادی - متامتریالی - سه بعدی با استفاده از فیلم های مقاومتی از جنس گرافیت پیشنهاد داده شده است. مقدار جذب بالای %90 در بازهی فرکانسی 40تا 120گیگاهرتزی در هر دو حالت TE و TM تحت تابش عمودی با استفاده از شبیه سازی بدست آمده است و نتایج مربوط به جذب در حالت تابش مایل در مدهای TM وTE توضیح داده شده است.
جاذب پیشنهادی با توجه به حساسیت کم به زاویه تابش و جذب بالا میتواند در کاربردهای عملی مانند اتاق های آنتن، سطوح منحنی، حسگرها، تصویر برداری و فنآوری مخفی سازی مورد استفاده قرار گیرد. نکته مهم این است که جاذب ارائه شده این قابلیت را دارد که با تغییر مقیاس آن میتواند در باندهای فرکانسی متفاوت همچون تراهرتز و نوری کار کند.
.1 مقدمه
ظهور مواد با ضریب شکست منفی، تحقیقات گستردهای را در حوزهی فرامواد در طول دهه گذشته موجب شده است. فرامواد نهتنها برای خواص الکترومغناطیسی عجیب خود جذاباند، بلکه کاربردهای فراوان آن موردتوجه است.[1] رسیدن به جذب کامل با بکار بردن فرامواد[2] نمونهای از این کاربردهاست. از دیگر کاربردهای آنکه بسیار موردتوجه قرارگرفته است میتوان به استفادهی آنها در فرستندهها[3]، حسگرها[4]، مدوﻻتورهای فضایی [5]، مخفی سازی مادونقرمز[6] ، تبدیل انرژی گرمایشی به الکتریسیته[7] ارتباطات بیسیم[8]، فیلتر[9] اشاره کرد.
ایدهی داشتن یک ماده که تمام امواج تابشی را صرفنظر از فرکانس و یا زاویهی تابش جذب کند، یک قرن پیش با استفاده از قانون پلانک مطرح شد.[10] برای داشتن یک جاذب متامتریالی قابلاستفاده برروی ساختارهایی با هندسهی غیر مسطح، نیاز است تا جاذب نسبت به پلاریزاسیون موج ورودی و همچنین زاویهی تابش آن غیروابسته باشد. این خصوصیات ما را ملزم به داشتن یک جاذب غیرحساس به زاویه تابش و پلاریزاسیون موج ورودی میکند.[11] برای استفاده ازجاذبهای متامتریالی درکاربردهای عملی، حساسیت به پلاریزاسیون یکی از مسائل اصلی است.
در حقیقت جاذبهای حساس به پلاریزاسیون موج ورودی درکاربردهایی که پلاریزاسیون موج ورودی قابل اهمیت باشند، عملاً قابلاستفاده نیستند[12]؛ بنابراین تحقیق و پژوهش جهت داشتن یک جاذب غیرحساس به پلاریزاسیون لازم است. بهطورکلی، عدم حساسیت به پلاریزاسیون موج الکترومغناطیسی در تابش عمودی میتواند بهراحتی با استفاده از طراحی متقارن آرایههای فلزی در لایهی رویی جاذبها حاصل شود .[13]
ازآنجاییکه اکثرجاذبهادارای ساختارساندویچی شکل - سه لایه - هستند، ازاینروجذب درآنهاتابعی از زاویه تابش دردوحالت TE و TM است[.16-14]اخیراً مطالعاتی براین خصوصیت جاذبهادرباند فرکانسی مختلف انجامشده است. بهطورمعمول اینگونه بوده است که با افزایش زاویهی تابش اعم از مد TE و TM مقدار جذب بهطور یکنواخت کاهش می-یابد. درواقع، هنگامیکه زاویه تابش افزایش مییابد، شرایط تطبیق امپدانس تغییریافته و ساختار متامتریالی با امپدانس ناسازگار* مواجه شده و انعکاس موج الکترومغناطیسی اتفاق میافتد .[14 ,13]
جاذب پیشنهادشده از صفحههای نازک گرافیتی ایستاده روی یک صفحهی مسی تشکیل شده است. برای ارضای شرط غیرحساس بودن به پلاریزاسیون موج ورودی ساختار جاذب بصورت متقارن ایجادشده است. استفاده از فیلمهای نازک گرافیتی متامتریالی جهت ایجاد یک محیط تلفاتی است. این در حالی است که با تنظیم وانتخاب مناسب ابعادفیلم مقاومتی میتوان به یک جاذب پهن باند دست یافت. درعین حال برای زوایه تابش تا 60 درجه در حالت TE و 90 درجه درحالت TM دارای جذب بالایی است که از این رو برای استفاده بر روی سطوح منحنی مناسب است.
.2 طراحی و شبیه سازی
ساختار جاذب پیشنهادشده در شکل 1 نشان دادهشده است. آقای دگزین یه نیز جاذبی شبیه به این مدل را ارائه کردند[17] با این تفاوت که او بهجای فیلمهای امپدانس بالا از ورقهای مقاومت کم به همراه عناصری فشرده مقاومت به جاذب پهن باند و جذب قابلقبول دست یافت؛ که یکلایه شبه تطبیق - PML - را ایجاد کرده و درنهایت انرژی واردشده به محیط جاذب را با استفاده از مقاومتها مصرف کرده و بدین ترتیب انرژی بازگشتی به حداقل مقدار خود میرسد. در اینجا صفحهی زمین ساختار جاذب از جنس مس با هدایت الکتریکی 5/8 ×107 s/m و فیلمهای مقاومتی از جنس گرافیت با هدایت الکتریکی 103 s/m میباشند. تمامی ابعاد برحسب میلیمتر هستند. پس از بهینهسازی پارامترهای ساختار جاذب نتایج موجود در جدول 1 بهدستآمده است.
