Спектральні характеристики сигналів, що передаються через провідникову мета структуру

СПЕКТРАЛЬНІ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИГНАЛІВ, ЩО ПЕРЕДАЮТЬСЯ ЧЕРЕЗ ПРОВІДНИКОВУ МЕТАСТРУКТУРУ

SPECTRA CHARACTERISTICS OF THE SIGNALS PROPAGATING THROUGH THE WIRE METASTRUCTURE

Сторінки: 141-146. Номер: №4, 2019 (275)
Автори:
Д.А. ВОВЧУК, С.Д. ГАЛЮК, Л.Ф. ПОЛІТАНСЬКИЙ
Чернівецький національний університет імені Юрія Федьковича
П.Ф. РОБУЛЕЦЬ
ПАТ «Укртелеком», м. Чернівці
D.A. VOVCHUK, S.D. HALIUK, L.F. POLITANSKYY
Yuriy Fedkovych Chernivtsi National University
P.F. ROBULETS
“Ukrtelecom”, Chernivtsi
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2019-275-4-141-146
Рецензія/Peer review : 08.06.2019 р.
Надрукована/Printed : 17.07.2019 р.

Анотація мовою оригіналу

У роботі вивчено можливість передавання гармонічних ЕМ сигналів через метаструктуру із паралельно розміщених провідників, що з’єднує два хвилевода, розміщених на заданій відстані один навпроти одного. Результати моделювання показали можливість передавання сигналів із однією чи декількома гармонічними складовими. Експериментальні дослідження спектральних характеристик показали здатність функціонування такої системи, що підтверджується покращенням передавання сигналів від -23,28 дБм до -4,94 дБм у закритій хвилевідній лінії та від 23,3 дБм до -16,42 дБм – у випадку розміщення хвилеводів на відстані 90 мм один від одного.
Ключові слова: середовище із паралельних провідників, передавання гармонічних сигналів, метаматеріали.

Розширена анотація англійською мовою

In the paper the possibility of harmonic signal transfer through the metastructure that consists of parallel metallic wires is studied. The investigation setup consists of two rectangular waveguides allocated one in front of another on the defined distance with air gap between them. Wire media (WM) couples the ports that is embedded into each of them with the deep equal approximately the lattice period. It allows to support the near field interaction between ports and WM as well as transfer power of wave in wide frequency range with smoothed transmission dispersion. In first simulation the sine signal with one harmonic component at 2 GHz and in second one more complex signal with five harmonic components (1.7, 1.75, 2, 2.1 and 2.3 GHz)were transferred through WM. The range of frequencies components values can be very wide but preferably there where transmission dispersion is even. The simulation results shown high effectivity of harmonic signal transfer without any distortions with little linear attenuation. Experimental setup used a signal generator to supply the input waveguide port and a spectrum analyser to depict results. The first experimental study included the investigation of harmonic signal propagation through WM when the distance between waveguide was absent (WM inside the closed waveguide transmission line) and the signal enhancement from -23,28 dBm to -4,94 dBm was reached. For the case of the air gap 90 mm between the ports apertures when EM waves are evanescent the signal enhancement from -23,3 dBm to -16,42 dBm was obtained by spectral characteristics analysis and the functionality of this model was confirmed. The presented results can be useful for transmission line development of microwaves both narrow and wide frequency ranges, advancement of wire metamaterials and their usage for different telecommunication applications.
Keywords: wire medium, harmonic signal transfer, metamaterials.

References

1. Zheludev N.I. From metamaterials to metadevices / N.I. Zheludev, Yu.S. Kivshar // Natural Materials. – 2012. – № 11. – P. 917–924.
2. Simovski C.R. Wire Metamaterials: Physics and Applications / C.R. Simovski, P.A. Belov, A.V. Atrashchenko, Yu.S. Kivshar // Advanced Materials. – 2012. – № 24. – P. 4229–4248.
3. Metamaterials: Physics and Engineering Explorations ; edited by Engheta N. and Ziolkowski R. W. – Wiley–IEEE Press, 2006. – 414 p.
4. Slyusar V. Metamaterialy v antennoj tehnike: osnovnye principy i rezultaty / V. Slyusar // Pervaya milya. – 2010. – № 3. – C. 44–60.
5. Vovchuk D.A. Pokrashchennia kharakterystyk anten z vykorystanniam metamaterialiv (ohliad) / D.A. Vovchuk, S.D. Haliuk // Visnyk Khmelnytskoho natsionalnoho universytetu. Ceriia: Tekhnichni nauky. – 2018. – № 5(265). – C. 116–122.
6. Sihvola A. Metamaterials in electromagnetic / A. Sihvola // Physical Review Letters. – 2000. – Vol. 85. – № 18. – P. 3966–3069.
7. Veselago V.G. Elektrodinamika veshestv s odnovremenno otricatelnymi znacheniyami e i m / V.G. Veselago // Uspehi fizicheskih nauk. – 1967. – T. 92. – № 7. – C. 517–526.
8. Smith D.R. Composite medium with simultaneously negative permeability and permittivity / D.R. Smith, W.J. Padill, D.C. Vier, S.C. Nemat–Nasser, S. Schultz // Physical Review Letters. – 2000. – № 84. – P. 4184–4187.
9. Rotman W. Plasma simulation by artificial and parallel plate media / W. Rotman // IRE Transactions on Antennas and Propagation. – 1962. – Vol. 10. – №1. – P. 82–95.
10. Mirmoosa M.S. Wire Media for Enhancement of Radiative Heat Transfer and Spontaneous Emission / M.S. Mirmoosa // PhD Thesis at Aalto University. – 2017.
11. Nefedov I. S. Wire media: Metamaterial Handbook. Theory and Phenomena of Metamaterials / I.S. Nefedov, A. J. Viitanen // Chapter 15–1. – CRC Press. – Boca Raton. – 2009.
12. Simovski C. R. Low–frequency spatial dispersion in wire media / C. R. Simovski, P. A. Belov // Phys. Rev. E. – 2004. – Vol. 70. – P. 046616 (1–8).
13. Belov P. A. Canalization of subwavelength images by electromagnetic crystals / P. A. Belov, C. R. Simovski, P. Ikonen // Phys. Rev. B. – 2005. – Vol. 71. – P. 193105 (1–4).
14. Burghignoli P. Radiation from Elementary Sources in the Presence of Wire–Medium Slabs: Physical Mechanisms and Full-Wave Analysis / P. Burghignoli, G. Lovat, F. Capolino, D.R. Jackson, D.R. Wilton // Proceedings of XVI Riunione Nazionale di Elettromagnetismo, Genova. – 2006. – P. 113–116.
15. Belov P. Experimental study of the subwavelength imaging by a wire medium slab / P. Belov, Y. Zhao, S. Sudhakaran, A. Alomainy, Y. Hao // Appl. Phys. Lett. – 2006. – Vol. 89. – P. 459–462.
16. Belov P. A. Transmission of images with subwavelength resolution to distances of several wavelengths in the microwave range / P. A. Belov, Y. Zhao, S. Tse, P. Ikonen, M. G. Silveirinha, C. R. Simovski, S. A. Tretyakov, Y. Hao, C. Parini // Phys. Rev. B. – 2008. – Vol. 77. – P. 193108 (1–4).
17. Vovchuk D. Multi-Mode Broadband Power Transfer through a Wire Media Slab / D. Vovchuk, S. Kosulnikov, I. Nefedov, S. Tretyakov, C. Simovski // Progress in Electromagnetics Research. – 2015. – № 154. – P. 171–180.
18. Kosulnikov S. Broadband Power Transfer through a Metallic Wire Medium Slab / S. Kosulnikov, D. Vovchuk, I. Nefedov, S. Tretyakov, C. Simovski // Proceedings of URSI International Simposium on Electromagnetic Theory (EMTS). – 2016.
19. Vovchuk D. Unusual eigenmodes of wire-medium endoscopes: impact on transmission properties / D. Vovchuk, S. Kosulnikov, C. Simovski // Optics Express. – 2018. – Vol. 26. – № 14. – P. 17988–18005.