Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия:

Л. Г. Стаценко, профессор, зав. каф. электроники и средств связи, эл. почта: lu-sta@mail.ru
О. А. Пуговкина, аспирант каф. электроники и средств связи
Ю. Н. Мансуров, профессор, зав. каф. материаловедения и технологий материалов

Рассмотрена возможность использования композитных материалов (метаматериалов), выполненных на основе цветных металлов, в качестве включений для техники СВЧ. Искусственно созданная периодическая структура из макроскопических включений с произвольными размерами и формой определяет свойства этого материала. Проведен параметрический анализ СВЧ-фильтра на основе микрополосковой платы, в горизонтальной плоскости которой вытравлен разомкнутый кольцевой резонатор (элемент включения). Разорванный кольцевой резонатор является одним из вариантов металлических включений в метаматериале. Он состоит из двух концентрических колец с зазорами на противоположных сторонах. Представлены основные соотношения для расчета эффективной магнитной проницаемости и S-параметров (коэффициентов отражения и передачи) микрополосковой платы с включением разорванного кольцевого резонатора. Они показывают влияние геометрических размеров разорванного кольцевого резонатора на значение резонансной частоты фильтра и на его полосно-пропускающую реакцию. Исследована зависимость резонансной частоты СВЧ-фильтра от расстояния между двумя разомкнутыми кольцами и от ширины каждого кольца разомкнутого кольцевого резонатора. Рассмотрены две схемы включения питания: последовательная и параллельная. Описаны влияние размера зазора между линиями питания при последовательной схеме включения и влияние длины заглушки линии питания при параллельной. Сделан важный вывод о том, что схема включения с параллельно связанной линией питания имеет лучшие полосовые характеристики по сравнению с последовательно связанной. Результаты расчетов представлены в виде зависимостей. Даны рекомендации о возможности дальнейшего использования разомкнутого кольцевого резонатора в качестве структурного элемента СВЧ-компонентов. Результаты исследования СВЧ-фильтра с включением разорванного кольцевого резонатора позволят облегчить настройку параметров фильтра и ускорить процесс разработки готового продукта.

Работа выполнена на кафедре электроники и средств связи ДВФУ в рамках ФЦП (соглашение 14.578.21.0093).

1. Веселаго В. Г. Электродинамика веществ с одновременно отрицательными значениями ε и μ // Успехи физических наук. 1967. Т. 92, № 3. С. 517–526.
2. Pendry J. B. et al. Magnetism from conductors and enhanced nonlinear phenomena // IEEE Trans. Microw. Theory Tech. 1999.Vol. 47, No. 11. P. 2075–2081.
3. Shelby R. A., Smith D. R., Schultz S. Experimental Verification of a Negative Index of Refraction // Science. 2001. Vol. 292, No. 5514. P. 77–79.
4. Smith D. R. et al. Composite Medium with Simultaneously Negative Permeability and Permittivity // Physical Review Letters. 2000. Vol. 84, No. 18. P. 4184–4187.
5. Shelby R. A., Smith D. R., Nemat-Nasser S. C., Schultz S. Microwave transmission through a two dimensional, isotropic, left-handed metamaterial // Appl. Phys. Lett. 2001. Vol. 78. P. 489–491.
6. Стаценко Л. Г., Понедельникова О. А. Сравнение свойств диэлектрика и метаматериала при отражении и преломлении волн на границе раздела сред // Технические проблемы освоения мирового океана : матер. III Всероссийской научно-технической конференции, Владивосток, 22–25 сент. 2009. — Владивосток, 2009. С. 341–346.
7. Mandal M. K., Mondal P., Sanyal S., Chakrabarty A. Low insertion-loss, sharp-rejection and compact microstrip low-pass filters // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2006. Vol. 16, No. 11. P. 600–602.
8. Falcone F., Lopetegi T., Baena J. D. Effective negative-ε stopband microstrip lines based on complementary split ring resonators // IEEE Microwave and Wireless Components Letters. 2004. Vol. 14, No. 6. P. 280–282.
9. Gil Bonache I., García-García J., Martín F. Novel microstrip bandpass filters based on complementary split-ring resonators // IEEE Transactions Microwave Theory and Techniques. 2006. Vol. 54, No. 1. P. 265–271.
10. Chi Hyung Ahn. Microwave Metamaterial Applications Using Complementary Split Ring Resonators and High Gain Rectifying Reflectarray for Wireless Power: dissertation the degree of Doctor of Philosophy in Electrical Engineering. — Texas : A&M University, 2010. — 138 p.
11. Стаценко Л. Г., Понедельникова О. А. Эффект обратных волн и его применение в антенной технике // Сб. тр. XX междунар. науч.-практ. конф. «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». Т. 1. — СПб., 2010. C. 158–160.
12. Вендик И. Б., Вендик О. Г. Метаматериалы и их применение в технике сверхвысоких частот // Журнал технической физики. 2013. Т. 83, вып. 1. С. 3–28.
13. Patel Jigar M., Patel Shobhit K., Thakkar Falgun N. Defected Ground Structure Multiband Microstrip Patch Antenna using Complementary Split Ring Resonator // International Journal of Emerging Trends in Electrical and Electronics. 2013. Vol. 3, No. 2. P. 14–19.
14. Bait-Suwailam M. M. Numerical Study of Bandstop Filters Based on Slotted-Complementary Split-RingResonators (S-CSRRs) // SDIWC. 2014. P. 34–37.
15. Katiyar Pankaj, Wan Nor Liza Wan Mahadi. Impact Analysis on Distance Variation between Patch Antenna and Metamaterial // Microwave and Optical Technology Letters. 2015. Vol. 57, No. 1. P. 178–183.