تماس و مشورت با مدرس دوره : 09153516772

چکیده :

در این پایان‌نامه به بررسی فرامواد به عنوان موادی مصنوعی با ویژگی‌هایی ممتاز و منحصر به فرد که در طبیعت یافت نمی‌شود،‌ می‌پردازیم. مفاهیم پایه و ویژگی‌های انتقال امواج الکترومغناطیس در فرامواد را مورد مطالعه قرار داده و مواد با گذردهی الکتریکی منفی و نفوذپذیری مغناطیسی منفی را به عنوان اجزای تشکیل دهنده فرامواد با ضریب شکست منفی بررسی می‌کنیم.

سپس فراماده تشدیدگر حلقوی شکاف‌دار را به عنوان ساختاری متداول در طراحی فرامواد مغناطیسی به تفصیل شرح داده و به کمک شیبه‌سازی در نرم‌افزار Ansoft HFSS تأثیر پارامترهای هندسی تشدیدگر حلقوی را بر جابه‌جایی فرکانس تشدید آن بررسی می‌نماییم.

در این تحقیق برای اولین بار فرامواد مغناطیسی با دو بستر دی‌الکتریک را بررسی کرده و با استفاده از مدل بیلاتی و مدل گئورگین برای محاسبه‌ی خازن مسطح چند لایه روابط تحلیلی برای فرامواد مغناطیسی تشدیدگر حلقوی شکاف‌دار و تشدیدگر مارپیچ با دو بستر دی‌الکتریک در بالا و پایین ساختار ارائه می‌دهیم.

به منظور بررسی صحت مدل ارائه شده آن را با نتایج حاصل از شبیه‌سازی ساختارها در نرم‌افزار HFSS مقایسه می‌کنیم. بیشینه خطای مدل تحلیلی برای فراماده تشدیدگر حلقوی ۴%‌ و برای فراماده تشدیدگر مارپیچ ۲/۸۵% به دست می‌آید. در هر دو حالت رابطه‌ی فرکانس تشدید برحسب ثابت دی‌الکتریک بستر دوم را به دست می‌آوریم.

یک نمونه کاربردی برای فراماده مغناطیسی با دو بستر دی‌الکتریک را به عنوان حسگر رطوبت خاک بررسی کرده و با مدل ارائه شده رفتار این حسگر را تحلیل می‌کنیم. همچنین حالتی که بستر دی‌الکتریک دوم در زیر تشدیدگر و بستر دی‌الکتریک اول باشد را بررسی می‌کنیم و با استفاده از تکنیک PCM روابط تحلیلی مدل بیلاتی را برای دو بستر دی‌الکتریک اصلاح می‌کنیم. در این حالت نتایج روابط تحلیلی تطبیق خوبی را با نتایج شبیه‌سازی عددی داشته و بیشینه خطایی در حدود ۱/۲% را نشان می‌دهد.

فهرست:

 

فصل اول: مقدمه و تاریخچه فرامواد          ۱

۱-۱ مقدمه        ۱

۱-۲ تاریخچه      ۱

فصل دوم: مفاهیم پایه در فرامواد ۶

۲-۱ مقدمه        ۶

۲-۲ ویژگی‌های انتقال در فرامواد ۶

۲-۲-۱ گذردهی الکتریکی منفی   ۱۰

۲-۲-۲ نفوذ پذیری مغناطیسی منفی       ۱۱

۲-۲-۳ فرامواد با ضریب شکست منفی      ۱۴

فصل سوم: تشدیدگر حلقوی شکاف دار     ۱۷

۳-۱ مقدمه        ۱۷

۳-۲ شبیه سازی ساختار SRR با نرم افزار Ansoft HFSS     ۱۸

۳-۳ فرایند تشدید الکترومغناطیسی در SRR          ۲۱

۳-۴ پارامترهای هندسی SRR و تاثیرات آنها بر فرکانس تشدید     ۲۳

۳-۴-۱ تاثیر اندازه شکاف (d) حلقه‌ها       ۲۴

۳-۴-۲ تاثیر پهنای حلقه‌ها (w)    ۲۴

۳-۴-۳ تاثیر اندازه شکاف بین حلقه داخلی و خارجی (t)     ۲۵

۳-۴-۴ تاثیر ضریب دی الکتریک زیر لایه (ε_substrate)    ۲۶

۳-۴-۵ تاثیر ضخامت زیر لایه (p)  ۲۷

۳-۵ تشدیدگر حلقوی مربعی       ۲۸

۳-۶ شبیه سازی سلول واحد فراماده با ضریب شکست منفی در HFSS          ۳۰

فصل چهارم: مدل تحلیلی برای فرامواد مغناطیسی ۳۵

۴-۱ مقدمه        ۳۵

۴-۲ مدل تحلیلی تشدیدگر چند حلقوی شکاف‌دار (MSRR) 35

۴-۲-۱ مدل تحلیلی MSRR بدون حضور زیرلایه دی‌الکتریک          ۳۵

۴-۲-۲ مدل تحلیلی MSRR در حضور زیرلایه دی‌الکتریک و لحاظ کردن تلفات           ۴۱

۴-۳ مدل تحلیلی تشدیدگر مارپیچ          ۴۶

۴-۳-۱ مدل تحلیلی تشدیدگر مارپیچ بدون حضور زیرلایه دی‌الکتریک         ۴۶

۴-۳-۲ مدل تحلیلی تشدیدگر مارپیچ در حضور زیرلایه دی‌الکتریک و لحاظ کردن تلفات          ۵۴

۴-۴ مدل تحلیلی تشدیدگر لابیرینت       ۵۶

۴-۵ ضریب کیفیت و تابع نفوذ پذیری مغناطیسی  ۶۰

۴-۵-۱ ضریب کیفیت      ۶۰

۴-۵-۲ تابع نفوذپذیری مغناطیسی          ۶۱

فصل پنجم: مدل تحلیلی برای فرامواد مغناطیسی با دو بستر دی‌الکتریک    ۶۴

۵-۱ مقدمه        ۶۴

۵-۲ ساختار فراماده تشدیدگر حلقوی شکاف‌دار با دو بستر دی‌الکتریک         ۶۴

۵-۲-۱ در حالتی که ساختار بین دو بستر قرار گیرد ۶۴

۵-۲-۲ مدل تحلیلی برای SRR با دو بستر دی‌الکتریک       ۶۶

۵-۲-۳ نتایج شبیه سازی و روابط تحلیلی   ۶۹

۵-۲-۴ مثالی کاربردی،‌ حسگر رطوبت خاک           ۷۱

۵-۲-۵ ساختار حسگر رطوبت خاک            ۷۲

۵-۲-۶ نتایج شبیه سازی و روابط تحلیلی   ۷۳

۵-۲-۷ در حالتی که ساختار در بالای بسترهای دی‌الکتریک باشد     ۷۴

۵-۲-۸ نتایج شبیه سازی و روابط تحلیلی   ۷۷

۵-۳ ساختار فراماده تشدیدگر مارپیچ با دو بستر دی‌الکتریک           ۷۸

۵-۳-۱ مدل تحلیلی برای SR با دو بستر دی‌الکتریک         ۷۹

۵-۳-۲ نتایج شبیه سازی و روابط تحلیلی   ۸۲

فصل ششم: نتیجه گیری و پیشنهادات      ۸۴

۶-۱ نتیجه‌گیری ۸۴

۶-۲ پیشنهاد برای ادامه‌ی کار     ۸۵

فهرست مراجع    ۸۶

 

فهرست شکل ها

عنوان   صفحه

شکل ۱- ۱ آرایه‌ای از سیم‌های فلزی نازک [۴]     ۲

شکل ۱- ۲ ساختار تشدیدگر حلقوی شکاف‌دار ساخته شده از یک رسانای غیر مغناطیسی [۶]  ۲

شکل ۱- ۳ ساختار اولین ماده چپ‌گرد [۷]            ۳

شکل ۲- ۱ بردارهای {k ̅،H ̅،E ̅}برای مواد با ضرایب منفی ε و μ، چپگرد هستند (الف) و برای ضرایب مثبت ε و μ، راستگرد هستند (ب) [۳۰]           ۸

شکل ۲- ۲ نمودار ε-μ (تقسیم بندی محیط از لحاظ علامت ضرایب ε و μ) [۳۰]            ۹

شکل ۲- ۳ شماتیک آرایه‌ای از سیم‌های فلزی. a ثابت شبکه، r شعاع هر سیم است [۳۰]       ۱۱

شکل ۲- ۴ (الف) ساختار سویس رل (ب) ساختار تشدیدگر حلقوی شکاف‌دار [۳۰]    ۱۲

شکل ۲- ۵ نمودار نفوذپذیری مغناطیسی موثر (μ_eff) برحسب تابعی از فرکانس زاویه ای (w) برای ساختار یک SRR [6]            ۱۴

شکل ۲- ۶ شماتیک شکست نور در عبور از (الف) محیط با ضریب شکست مثبت (ب) محیط با ضریب شکست منفی [۳۰]  ۱۵

شکل ۲- ۷ عدسی از جنس فراماده اگر محدب باشد نور را واگرا و اگر مقعر باشد همگرا

می‌کند. ۱۴

شکل ۳- ۱ شماتیک (الف) آرایه‌ای متناوب از ساختار SRR (ب) یک سلول واحد

SRR [30]          ۱۷

شکل ۳- ۲سلول واحد SRR مورد مطالعه در این بخش.[۳۰] ۱۸

شکل ۳- ۳ سلول واحد SRR شبیه سازی شده در HFSS. در این شکل پورت‌های موج ورودی و خروجی و صفحات PEC/PMC نشان داده شده اند.        ۲۰

شکل ۳- ۴ پارامتر پراکندگی S21 حاصل از شبیه سازی سلول واحد مورد نظر در HFSS          ۲۱

شکل ۳- ۵ ساختار سلول واحد CSRR       ۲۲

شکل ۳- ۶ پارامترهای پراکندگی S21 حاصل از شبیه سازی ساختارهای SRR و CSRR

در HFSS            ۲۲

شکل ۳- ۷ پارامترهای پراکندگی S21 بدست آمده از شبیه سازی ساختار تشدیدگر حلقوی در HFSS برای مقادیر مختلف شکاف حلقه (d)   ۲۴

شکل ۳- ۸ پارامترهای پراکندگی S21 بدست آمده از شبیه سازی ساختار تشدیدگر حلقوی در HFSS برای مقادیر مختلف پهنای حلقه (w)  ۲۵

شکل ۳- ۹ پارامترهای پراکندگی S21 بدست آمده از شبیه سازی ساختار تشدیدگر حلقوی در HFSS برای مقادیر مختلف شکاف بین حلقه داخلی و خارجی (t)         ۲۶

شکل ۳- ۱۰ پارامترهای پراکندگی S21 بدست آمده از شبیه سازی ساختار تشدیدگر حلقوی در HFSS برای مقادیر مختلف ضریب دی‌الکتریک زیر‌لایه (ε_substrate) 27

شکل ۳- ۱۱ پارامترهای پراکندگی S21 بدست آمده از شبیه سازی ساختار تشدیدگر حلقوی در HFSS برای مقادیر مختلف ضخامت زیر‌لایه دی‌الکتریک (p)    ۲۸

شکل ۳- ۱۲ سلول واحد QSRR شبیه سازی شده در HFSS. در این شکل پورت‌های موج ورودی و خروجی و صفحات PEC/PMC نشان داده شده اند.   ۲۹

شکل ۳- ۱۳ شماتیک دوبعدی سلول واحد QSRR 29

شکل ۳- ۱۴ پارامترهای پراکندگی S21 و S12 حاصل از شبیه سازی تشدیدگر QSRR در

HFSS    ۳۰

شکل ۳- ۱۵ دو نما از شبیه سازی تک سلول واحد فراماده با ضریب شکست منفی در نرم افزار HFSS   ۳۱

شکل ۳- ۱۶ اندازه پارامترهای S سلول واحد فراماده شکل ۳-۱۵    ۳۲

شکل ۳- ۱۷ فاز پارامترهای S سلول واحد فراماده شکل ۳-۱۵         ۳۲

شکل ۳- ۱۸ گذردهی الکتریکی موثر سلول واحد فراماده شکل ۳-۱۵           ۳۳

شکل ۳- ۱۹ نفوذ پذیری مغناطیسی موثر سلول واحد فراماده شکل ۳-۱۵    ۳۳

شکل ۳- ۲۰ ضریب شکست سلول واحد فراماده شکل ۳-۱۵            ۳۴

شکل ۴- ۱ ساختار تشدیدگر MSRR با ۴=N حلقه شکاف‌دار [۳۹]      ۳۶

شکل ۴- ۲ مدار معادل شبه استاتیک MSRR با ۴ حلقه [۳۹]           ۳۷

شکل ۴- ۳ خازن معادل ساختار C_MSRR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) برای ۴ حالت [۳۹]        ۳۹

شکل ۴- ۴ ظرفیت سلفی معادل ساختار L_MSRR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) برای

۴ حالت‌ [۳۹]     ۴۰

شکل ۴- ۵ فرکانس تشدید MSRR برحسب تعداد حلقه‌ها (N): مقایسه میان شبیه سازی‌ها عددی تمام موج با نتایج تحلیلی مدل ارائه شده برای چهار ساختار متفاوت MSRR با همان ابعاد ارائه شده در شکل ۴-۳ [۳۹]  ۴۱

شکل ۴- ۶ ساختار تشدیدگر MSRR با N حلقه شکاف‌دار وبا حضور زیرلایه دی‌الکتریک به ضخامت h [42]           ۴۲

شکل ۴- ۷ مدار معادل شبه استاتیک MSRR مربوط به شکل ۴-۶ و با در نظر گرفتن

تلفات [۴۲]        ۴۳

شکل ۴- ۸ فرکانس تشدید معادل ساختار MSRR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از روش‌های تحلیلی، شبیه سازی و اندازه‌گیری.[۴۲]         ۴۵

شکل ۴- ۹ ساختار تشدیدگر حلزونی با N=12 دور [۳۹]      ۴۶

شکل ۴- ۱۰ مدل مداری شبه استاتیک ساختار SR [39]     ۴۶

شکل ۴- ۱۱ خازن معادل ساختار C_SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از سه مدل متفاوت: مربع نمایانگر مدل مرجع [۴۳]، دایره مدل مراجع [۴۰ و۴۱] و مثلث مدل بیلاتی

می‌باشد. [۳۹]    ۴۹

شکل ۴- ۱۲ خازن معادل ساختار C_SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از سه مدل متفاوت: مربع نمایانگر مدل مرجع [۴۳]، دایره مدل مراجع [۴۰ و۴۱] و مثلث مدل بیلاتی

می‌باشد.[۳۹]    ۴۹

شکل ۴- ۱۳ خازن معادل ساختار C_SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از سه مدل متفاوت: مربع نمایانگر مدل مرجع [۴۳]، دایره مدل مراجع [۴۰ و۴۱] و مثلث مدل بیلاتی

می‌باشد. [۳۹]    ۵۰

شکل ۴- ۱۴ سلف معادل ساختار L_SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از سه مدل متفاوت: مربع نمایانگر مدل مرجع [۴۳]، دایره مدل مراجع [۴۰ و۴۱] و مثلث مدل بیلاتی

می‌باشد. [۳۹]    ۵۱

شکل ۴- ۱۵ سلف معادل ساختار L_SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از سه مدل متفاوت: مربع نمایانگر مدل مرجع [۴۳]، دایره مدل مراجع [۴۰ و۴۱] و مثلث مدل بیلاتی

می‌باشد. [۳۹]    ۵۱

شکل ۴- ۱۶ سلف معادل ساختار L_SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از سه مدل متفاوت: مربع نمایانگر مدل مرجع [۴۳]، دایره مدل مراجع [۴۰ و۴۱] و مثلث مدل بیلاتی

می‌باشد.[۳۹]    ۵۲

شکل ۴- ۱۷ فرکانس تشدید SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از شبیه سازی تمام موج و سه مدل متفاوت از مراجع [۴۳]، [۴۰ و۴۱] و [۳۹]      ۵۳

شکل ۴- ۱۸ فرکانس تشدید SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از شبیه سازی تمام موج و سه مدل متفاوت از مراجع [۴۳]، [۴۰ و۴۱] و [۳۹].     ۵۳

شکل ۴- ۱۹ فرکانس تشدید SR برحسب تعداد حلقه‌ها (N) به دست آمده از شبیه سازی تمام موج و سه مدل متفاوت از مراجع [۴۳]، [۴۰ و۴۱] و [۳۹].     ۵۴

شکل ۴- ۲۰ ساختار تشدیگر SR با حضور زیرلایه دی‌الکتریک به ضخامت h [42]          ۵۵

شکل ۴- ۲۱ مدل مداری شبه استاتیک ساختار SR با در نظر گرفتن تلفات در هادی و زیرلایه [۴۲]       ۵۵

شکل ۴- ۲۲ فرکانس تشدید معادل ساختار SR برحسب تعداد دورهای مارپیچ (N) به دست آمده از روش‌های تحلیلی، شبیه سازی و اندازه‌گیری       ۵۶

شکل ۴- ۲۳ ساختار تشدیگر LR با حضور زیرلایه دی‌الکتریک به ضخامت [۴۲]          ۵۷

شکل ۴- ۲۴ مدل مداری شبه استاتیک ساختار LR با در نظر گرفتن تلفات در هادی و زیرلایه [۴۲]       ۵۷

شکل ۴- ۲۵ فرکانس تشدید معادل یک LR برحسب طول شکاف‌ها (g) به دست آمده از روش‌های تحلیلی، شبیه سازی عددی و اندازه‌گیری.[۴۲]           ۵۹

شکل ۴- ۲۶ ضریب کیفیت تشدیدگرهای حلقوی شکاف‌دار و مارپیچ برحسب تعداد حلقه‌ها/دورها N. ضرایب کیفیت نسبت به تشدیدگر حلقوی با N=2 نرمالایز شده اند.[۴۲]      ۶۱

شکل ۴- ۲۷ نفوذپذیری مغناطیسی نسبی یک تشدیدگر حلقوی شکاف‌دار برحسب فرکانس به‌دست آمده از مدل تحلیلی و استخراج از پارامترهای S.[42]      ۶۲

شکل ۴- ۲۸ نفوذپذیری مغناطیسی نسبی یک تشدیدگر حلزونی (SR) برحسب فرکانس به‌دست آمده از مدل تحلیلی و استخراج از پارامترهای S.[42]      ۶۳

شکل ۵- ۱ شمای سه‌ بعدی از یک سلول واحد SRR با دو بستر دی‌الکتریک در بالا و پایین ساختار (شبیه سازی شده در HFSS)   ۶۵

شکل ۵- ۲ خازن مسطح با دولایه دی‌الکتریک در بالا و پایین ساختار ۶۷

شکل ۵- ۳ ساختار SRR از قسمت خط چین معادل دو خازن سری است         ۶۷

شکل ۵- ۴ پارامترهای پراکندگی سلول واحد SRR، شبیه سازی شده توسط HFSS     ۶۹

شکل ۵- ۵ نمودار فرکانس تشدید برحسب ثابت دی الکتریک بستردوم به‌دست آمده از مدل تحلیلی وشبیه سازی عددی            ۷۰

شکل ۵- ۶ نمودار فرکانس تشدید برحسب ضخامت بستر دوم به‌دست آمده از شبیه سازی توسط نرم افزار HFSS و مدل تحلیلی  ۷۱

شکل ۵- ۷ پارامتر پراکندگی S21 برای ساختار حسگر شبیه سازی شده در نرم‌افزار HFSS       ۷۳

شکل ۵- ۸ نمودار فرکانس تشدید حسگر رطوبت برحسب گذردهی الکتریکی خاک به‌دست آمده از شبیه سازی و مدل تحلیلی            ۷۴

شکل ۵- ۹ شمای سه‌ بعدی از یک سلول واحد SRR با دو بستر دی‌الکتریک در زیر ساختار تشدیدگر (شبیه سازی شده در HFSS)   ۷۵

شکل ۵- ۱۰ نمودار فرکانس تشدید ساختار حسگر برحسب گذردهی الکتریکی نسبی خاک به‌دست آمده از شبیه سازی و مدل تحلیلی      ۷۸

شکل ۵- ۱۱ شمای سه‌ بعدی از یک سلول واحد SR با دو بستر دی‌الکتریک در بالا و پایین ساختار (شبیه سازی شده در HFSS)   ۷۹

شکل ۵- ۱۲ معادل کردن طول ساختار SR با چهار طول l_1، l_2و l_3و l_4  ۸۱

شکل ۵- ۱۳ نمودارفرکانس تشدیدبرحسب ثابت دی الکتریک بستردوم به‌دست آمده از مدل تحلیلی و شبیه سازی عددی            ۸۳

شکل ۵- ۱۴ نمودار فرکانس تشدید برحسب ضخامت بستر دوم به‌دست آمده از شبیه سازی توسط نرم افزار HFSS و مدل تحلیلی  ۸۳

 

فهرست جداول

عنوان   صفحه

جدول ۳-۱: اندازه پارامترهای هندسی و فیزیکی داده شده در شکل ۳-۲     ۱۹

جدول ۳-۲: اندازه پارامترهای هندسی و فیزیکی سلول واحد QSRR شکل ۳-۱۳      ۳۰

جدول ۵-۱: اندازه پارامترهای هندسی و فیزیکی داده شده در شکل ۵-۱     ۶۵

جدول ۵-۲ مقادیر ضرایب گذردهی الکتریکی و تلفات خاک برحسب ۲تا ۲۰ درصد

رطوبت [۱۸]       ۷۲

جدول ۵-۳: اندازه پارامترهای هندسی و فیزیکی داده شده در شکل ۵-۷     ۷۷

جدول ۵-۴: اندازه پارامترهای هندسی و فیزیکی ساختار SR شکل ۵-۱۰      ۷۹

۱ – ۱ مقدمه : 

پاسخ مواد به یک موج الکترومغناطیسی تابشی به وسیله پارامترهای الکترومغناطیسی ماکروسکوپیکی چون ثابت گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی تعیین می گردد.

امروزه با پیشرفت در توانایی ساخت مواد مصنوعی، می توان موادی ترکیبی ایجاد کرد که با تغییر پارامترهای گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی، پاسخ آنها را به موج های الکترو مغناطیسی به صورت مطلوب تغییر داد و موادی با خواص الکترومغناطیسی منحصر به فرد که در طبیعت یافت نمی شود، ایجاد کرد. این مواد مصنوعی را به دلیل دارا بودن ویژگی هایی متفاوت از مواد معمولی فرامواد نامیدند.

ویژگی های فرامواد بیشتر از آنکه از اجزاء سازنده ناشی شود از شکل ساختاری آنها بدست می آید. در این ساختارها با ایجاد ناهمگونی های کوچک، رفتار موثر ماکروسکوپیک بدست می آید .

در سال های اخیر توجهات به فرامواد به دلیل پتانسیل آنها در خلق افزارهایی با ویژگی های خارق العاده افزایش یافته است. از آن جمله فرامواد با ضریب شکست منفی یا همان مواد چپ گرد می باشد که بخش عظیمی از مقالات محققین در دهه اخیر را به خود اختصاص داده است.

—————————————————————————————————————————————

در سال ۱۹۶۸ وسلاگو ، دانشمند روسی قرصهای عجیب را ارائه نمود. او مواد چې گردی را مورد بررسی قرار داد که همزمان دارای گذردهی الکتریکی و نفوذ پذیری مغناطیسی منفی می باشد .

وی نشان داد این ساختار ضریب شکست منفی خواهد داشت. که در نوع خود پدیدهای شگفت انگیز می باشد، چرا که ضریب شکست برای مواد معمولی همواره پارامتری مثبت است و عملا در طبیعت ماده ای با گذردهی الکتریکی و نفوذ پذیری معنایی منفی نمی توان یافت. وی همچنین نشان داد که پدیده های فیزیکی در این مواد چپ گرد همچون شکت تور اثر داپلر و پدیده واویلوف – سرنکوف به صورت معکوس می گردد.

البته به دلیل اینکه چنین موادی در طبیعت وجود ندارد نزدیک به ۳۰ سال به کارهای این دانشمنان توجهی نشد. تا اینکه در سال ۱۹۹۶ پندری” توانست ساختاری را شامل آرایه ای از سیم های قلری نازک (شکل ۱-۱) ارائه دهد که در فرکانس های پایین تر از فرکانس پلاسمای الکتریکی گذردهی الکتریکی منفی دارند .

وی سه سال بعد ساختار تشدیدگر حلقوی شکافشار از جنس یک رسانای غیر مغنایی همچون فلزمس (شکل ۱-۲) را برای نفوذ پذیری مغناطیسی منفی ارائه داد

 

نتیجه گیری

در این تحقیق تلاش شده با فراخوان به عنوان موادی مصنوعی با ویژگی های ممتاز و منحصر به فرد که در طبیعت یافت نمی شود، آشنا شویم. مفاهیم پایه در ساختارهای فرامراد با ضریب شکت منفی را مطالعه کردیم. مواد با گاردهی الکتریکی و نفوذ پذیری مقتضی منفی را به عنوان اجرای اصلی در فرامواد بررسی کردیم.

سپس فراهانه تشان یاد گر حلقوی شکافدار (SRR را به عنوان ساختاری متداول در طراحی فرامواد مغناطیسی به تفصیل شرح داده و چگونگی شییه سازی این تشدیدگر را در نرم افزار HFSS بیان کردیم. تاثیر پارامتر های مالی SRR را بر جابه جایی فرکانسی تشدید آن تحلیل کردیم.

مدل تحلیلی ارائه شده توسط گروه دکتر بیلاتی را برای چندین ساختار متداول تراماده مغناطیسی همچون تشدید گر چند حلقوی، هار پیچ و لابیرین در هر دو حالت وجود و عدم وجود دی الکتریک بررسی کردیم، سپس تلاش کردیم برای اولین بار ساختار فر آماده مغناطیسی با دو پستر دی الکتریک را بررسی کنیم .

برای جایگاه پستی دی الکتریک دوم در ساختار فر آماده مغناطیسی SRR دو حالت را در نظر گرفتیم. یکی در بالای ساختار (مدل فشرده) و دیگری در زیر ساختار و پستر دی الکتریک اول از مدل گئورگین برای خائن مسطح چند لایه استفاده کردیم و روابط آن را برای دو ساختار فر آماده مغناطیسی SRR و SR تعمیم دادیم

برای SRR با دور شی الکتریک که بشر دوم در بالای ساختار باشد، نتایج حاصل از شبیه سازی عددی توسط HFSS در مقایسه با نتایج علال تحلیلی تطیق خوبی داشته و خطای بیشینهای در حدود % ۲ را نشان داد. در این بخت، از نمودار حاصل از مدل تحلینی رابطه مرتبه دومی برای وابستگی فرکانس تشدید ساختار برحسب ثایت دی الکتریک پر دوم تقریب زده شد.

همچنین تاثیر ضخامت بشر دوم بر فرکانسی تشدیان ساختار را بررسی کردیم. در این حالت مدل تحلیلی برای ضخامت هایی از بس دی الکتریک دوم که نسبت به دیگر ابعاد ساختار SRR خیلی کوچک نباشند. معتبر شناخته شد.

پس از آن مثالی کاربردی برای ساختار فراماده SRR با دو بستر دی الکتریک به عنوان حسگر رطوبت خاک بررسی کردیم. در این حالت بیشینه خطای مدل تحلیلی در مقایسه با شبیه سازی عددی ساختار حسگر رطوبت در HFSS در حدود۴/۵% بدست آمد.

در ادامه حالتی که بستر دی الکتریک دوم در زیر تشدیدگر و بستر دی الکتریک اول قرار گرفته باشد را بررسی کردیم. در این مرحله سعی شد روابط تحلیلی مدل بیلاتی برای خازن معادل SRR، به منظور اضافه کردن بستر دوم به ساختار، با استفاده از تکنیک PCM اصلاح گردد. نتایج روابط تحلیلی تطبیق خوبی را با نتایج شبیه سازی عددی داشته و بیشینه خطایی کمتر از ½%را نشان داد.

در پایان به بررسی مدل تحلیلی فراماده تشدید گر مارپیچ (SR) با دو بستر دی الکتریک پرداخته و در این حالت نیز روابط تحلیلی با استفاده از مدل گئورگین برای محاسبه خازن معادل ساختار ارائه شد.

نتایج شبیه سازی عددی و روابط تحلیلی تطبیق خوبی با یکدیگر داشته و بیشینه خطایی در حدود۲/۸۵% را نشان داد. همچنین رابطه ی مرتبه دومی برای وابستگی فرکانس تشدید برحسب ثابت دی الکتریک بستر دوم تقریب زده شد.

سپس تاثیر ضخامت بستر دی الکتریک دوم بر فرکانس تشدید ساختار بررسی شد. در این حالت نیز نتایج علمی و تحلیلی تطبیق خوبی را به نمایش گذاشتند.

————————————————————————————————————————————–

شما میتوانید تنها با یک کلید به راحتی فایل مورد نظر را دریافت کنید. 🙂

رایگان – خرید

————————————————————————————————————————————–