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Jan 25, 2024

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 3641 (2023) Citare questo articolo

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In questo lavoro viene esplorata una metasuperficie multi-risonante che può essere adattata per assorbire le microonde a una o più frequenze. È stato dimostrato che le forme superficiali basate su un motivo di "ancora", che incorporano elementi risonanti di forma esagonale, quadrata e triangolare, sono facilmente personalizzabili per fornire una gamma mirata di risposte alle microonde. Viene caratterizzata sperimentalmente una metasuperficie costituita da uno strato di rame inciso, distanziato sopra un piano di terra da un sottile dielettrico (< 1/10 di lunghezza d'onda) a basse perdite. Le risonanze fondamentali di ciascun elemento sagomato sono esposte a 4,1 GHz (triangolare), 6,1 GHz (quadrato) e 10,1 GHz (esagonale), fornendo il potenziale per l'assorbimento a frequenza singola e multifrequenza in una gamma di interesse per l'industria alimentare . Le misurazioni della riflettività della metasuperficie dimostrano che le tre modalità fondamentali di assorbimento sono in gran parte indipendenti dalla polarizzazione incidente e dagli angoli azimutali e di elevazione.

L'uso dei metamateriali come assorbitori di radiofrequenza (RF) ha suscitato l'interesse di molti ricercatori1,2,3,4,5,6. La stragrande maggioranza delle strutture studiate si basa sulla disposizione periodica di celle unitarie con dimensioni predefinite. Questi metamateriali periodici (meglio chiamati "metasuperfici") hanno un'ampia gamma di potenziali applicazioni, tra cui la riduzione della sezione trasversale radar (RCS)3, il rilevamento1,4 e la progettazione di celle solari1,5.

Uno degli esempi più semplici di tale assorbitore è illustrato dal lavoro del 2004 di alcuni degli autori attuali7. Nella loro indagine, una struttura costituita da una serie di sottili strisce metalliche separate da un piano di massa da un sottile nucleo dielettrico ha dimostrato di essere un assorbitore a banda stretta molto efficace. Le frequenze di risonanza della struttura erano determinate semplicemente dalla larghezza delle strisce metalliche, dalla loro separazione dal piano di terra, dallo spazio tra le strisce e sia dalla permettività relativa che dallo spessore del nucleo dielettrico. Negli esperimenti hanno dimostrato una forte banda di assorbimento a circa 7 GHz in una struttura spessa meno di 400 μm (circa 100 volte più piccola della lunghezza d'onda).

Negli anni successivi, questi semplici assorbitori sono stati adattati utilizzando una gamma di diversi modelli e strutture periodiche8,9,10,11,12. Gran parte del lavoro si è concentrato sull’aggiunta di ulteriori risonanze o sull’ampliamento della larghezza di banda. Questi approcci includevano l'uso di strutture multistrato13, celle unitarie multi-risonanti14,15,16, geometrie frattali17,18,19, modelli non periodici20,21,22,23 e materiali magnetici24. L'uso di strutture multistrato offre un metodo estremamente efficace per ampliare la larghezza di banda di assorbimento. Tuttavia, l'ampliamento delle modalità va a scapito dell'aumento dello spessore totale dell'assorbitore, il che potrebbe essere indesiderabile per alcune applicazioni. Anche le metasuperfici stratificate spesso richiedono un allineamento preciso degli strati, aggiungendo complessità alla produzione dei dispositivi. Un altro approccio per ampliare la banda di assorbimento consiste nel creare una cella unitaria con più strutture risonanti che operano su bande di frequenza vicine e forse sovrapposte.

Recentemente sono state proposte diverse metasuperfici con risonanze ravvicinate25. Queste strutture sono di interesse a causa delle applicazioni che potrebbero richiedere un accoppiamento selettivo a modalità risonanti discrete. È stata proposta una serie di strutture complesse, sia come assorbitori di metasuperfici che come superfici selettive in frequenza (FSS)26,27,28,29,30,31,32. Quando si progetta una metasuperficie, per la maggior parte delle applicazioni, il controllo della polarizzazione e la stabilità angolare sono caratteristiche fondamentali. Per soddisfare questi criteri, vengono spesso esplorate strutture esagonali, poiché forniscono il massimo livello di simmetria bidimensionale.

In questo articolo, basandosi sull'idea di modalità di risonanza strettamente separate, studiamo le proprietà di risonanza di nuovi modelli a forma di ancora con tre modalità di risonanza localizzate. I modelli si trovano sopra un piano di massa che può essere semplicemente tassellato, creando strutture di assorbimento della radiofrequenza simili a quelle di riferimento7. In generale, ci sono quattro tipi base di gruppi di elementi risonatori che sono stati classificati in 3: N-poli (Gruppo-1), forme spezzate (Gruppo-2), forme solide (Gruppo-3) e una combinazione degli altri (Gruppo-2). Gruppo-4). I modelli a forma di ancora esplorati in questo lavoro sono classificati come risonatori del Gruppo 1. Lo scopo di questa ricerca era quello di identificare una metasuperficie che supporti simultaneamente più risonanze localizzate angolarmente indipendenti, consentendo la funzionalità multi-frequenza, ma con l'opzione di disattivare una o più bande mediante modifiche minori del modello con un effetto minimo sulle prestazioni delle bande rimanenti .