Суб-ГГц широкосмуговий багатоканальний хвилевід на основі напівхвильового середовища із провідників
DOI:
https://doi.org/10.31861/sisiot2024.1.01010Ключові слова:
метаматеріали, структури з паралельних провідників, зображення, хвилевід, широкосмуговістьАнотація
У статті розглядається розроблення нового типу передавання зображень. З цією метою було досліджено багатоканальний хвилевід у його новому представленні – на основі структури з паралельних провідників (СПП), де кожен простір між чотирма найближчими провідниками утворює окремий передавальний канал. Використана СПП має розмірність 10 на 10 провідників і довжину 150 мм, тому перший резонанс Фабрі-Перо спостерігається в діапазоні частот 0.9-1 ГГц. Метою дослідження є передавання зображень в широкому діапазоні частот, яке формується на вхідній апертурі СПП-хвилевода на частотах нижче першого резонансу Фабрі-Перо. Це означає, що розглянута структура має електрично малий розмір в порівнянні з довжиною хвилі, що раніше не досліджувалося. Враховуючи багатоканальний принцип розглядуваного хвилеводу, зображення може бути відновлено в бінарному форматі на приймальній стороні. Для цього кожен окремий канал живиться окремим електромагнітним (ЕМ) джерелом, яке являється дипольною антеною в нерезонансному режимі. Це дозволяє використовувати слабке ЕМ джерело і узгоджувати його з окремим каналом, оскільки в іншому випадку диполь ідеально узгоджений на визначеній резонансній частоті і здійснює випромінювання незалежно від наявності СПП. У статті було встановлено, що широкосмугове передавання зображення можливе в досліджуваному частотному діапазоні і неможливе в області першого резонансу Фабрі-Перо через взаємодію між усіма провідниками структури одночасно. Як доказ, було проведено одночасне передавання ЕМ енергії від кількох незалежних ЕМ джерел у вигляді літери "R" у частотному діапазоні від 0.3 до 0.75 ГГц за допомогою моделювання та експериментальних досліджень. Чітке відновлення переданої літери стало можливим, коли це відбувалося на частотах, відмінних від частоти резонансу Фабрі-Перо, та за умови достатнього значення відношення сигнал/шум. Бінарне відновлення переданого зображення стало можливим завдяки додатковому аналізу отриманих сигналів зображення, де в алгоритмі використовувався метод порівняння з пороговим значенням.
Завантажити
Посилання
Smith, D. R., Pendry, J. B., & Wiltshire, M. C. K. (2004). Metamaterials and Negative Refractive Index. Science, 305(5685), 788-792.
Soukoulis, C. M., & Wegener, M. (2011). Past achievements and future challenges in the development of three-dimensional photonic metamaterials. Nature Photonics, 5(9), 523-530.
N. I. Zheludev and Y. S. Kivshar, “From metamaterials to metadevices,” Nat. Mater., vol. 11, no. 11, pp. 917–924, 2012.
C. Della Giovampaola and N. Engheta, “Digital metamaterials,” Nat. Mater., vol. 13, no. 12, pp. 1115–1121, 2014.
T. J. Cui, M. Q. Qi, X. Wan, J. Zhao, and Q. Cheng, “Coding metamaterials, digital metamaterials and programmable metamaterials,” Light Sci. Appl., vol. 3, no. 10, pp. e218–e218, 2014.
C. R. Simovski, P. A. Belov, A. V. Atrashchenko, and Y. S. Kivshar, “Wire metamaterials: physics and applications,” Adv. Mater., vol. 24, no. 31, pp. 4229–4248, 2012.
O. T. Naman et al., “Indefinite media based on wire array metamaterials for the THz and mid-IR,” Adv. Opt. Mater., vol. 1, no. 12, pp. 971–977, 2013.
S. Hrabar, “Application of wire media in antenna technology,” in Metamaterials and Plasmonics: Fundamentals, Modelling, Applications, Dordrecht: Springer Netherlands, 2008, pp. 139–151.
D. Vovchuk and M. Khobzei, “Investigation of frequencies characteristics of modified waveguide aperture by wire media,” Prog. Electromagn. Res. Lett., vol. 93, pp. 59–64, 2020.
P. Robulets, D. Vovchuk, M. Khobzei, Y. Derevesnikova, M. Apostolyuk, and L. Politanskyi, “Multiple harmonic signal transfer using wire media structure,” in 2020 IEEE 15th International Conference on Advanced Trends in Radioelectronics, Telecommunications and Computer Engineering (TCSET), 2020.
D. Vovchuk, M. Khobzei, M. Apostoliuk, V. Tkach, and C. Simovski, “Broadband transfer of binary images via optically long wire media,” Nanophotonics, vol. 12, no. 14, pp. 2797–2807, 2023.
P. A. Belov, C. R. Simovski, and P. Ikonen, “Canalization of subwavelength images by electromagnetic crystals,” Phys. Rev. B, vol. 71, no. 19, p. 193105, May 2005, doi: 10.1103/PhysRevB.71.193105.
P. A. Belov and Y. Hao, “Subwavelength imaging at optical frequencies using a transmission device formed by a periodic layered metal-dielectric structure operating in the canalization regime,” Phys. Rev. B, vol. 73, no. 11, p. 113110, Mar. 2006, doi: 10.1103/PhysRevB.73.113110.
P. A. Belov, Y. Hao, and S. Sudhakaran, “Subwavelength microwave imaging using an array of parallel conducting wires as a lens,” Phys. Rev. B, vol. 73, no. 3, p. 033108, Jan. 2006, doi: 10.1103/PhysRevB.73.033108.
I. S. Nefedov, X. Dardenne, C. Craeye, and S. A. Tretyakov, “Backward waves in a waveguide, filled with wire media,” Microw. Opt. Technol. Lett., vol. 48, no. 12, pp. 2560–2564, 2006.
X. Radu, A. Lapeyronnie, and C. Craeye, “Numerical and experimental analysis of a wire medium collimator for magnetic resonance imaging,” Electromagnetics, vol. 28, no. 7, pp. 531–543, 2008.
K. J. Kaltenecker et al., “Ultrabroadband perfect imaging in terahertz wire media using single-cycle pulses,” Optica, vol. 3, no. 5, p. 458, 2016.
I. S. Nefedov and C. R. Simovski, “Giant radiation heat transfer through micron gaps,” Phys. Rev. B, vol. 84, no. 19, p. 195459, Nov. 2011, doi: 10.1103/PhysRevB.84.195459.
D. Vovchuk, S. Kosulnikov, I. Nefedov, S. Tretyakov, and C. R. Simovski, “Multi-Mode Broadband Power Transfer through a Wire Medium Slab (Invited Paper),” Prog. Electromagn. Res., vol. 154, pp. 171–180, 2015, doi: 10.2528/PIER15111908.
S. Kosulnikov, D. Vovchuk, I. Nefedov, S. Tretyakov, and C. Simovski, “Broadband power transfer through a metallic wire medium slab,” 2016 URSI Int. Symp. Electromagn. Theory, EMTS 2016, pp. 594–597, Sep. 2016, doi: 10.1109/URSI-EMTS.2016.7571463.
C. Simovski, D. Vovchuk, and S. Kosulnikov, “Unusual eigenmodes of wire-medium endoscopes: impact on transmission properties,” Opt. Express, Vol. 26, Issue 14, pp. 17988-18005, vol. 26, no. 14, pp. 17988–18005, Jul. 2018, doi: 10.1364/OE.26.017988.
X. Radu, D. Garray, and C. Craeye, “Toward a wire medium endoscope for MRI imaging,” Metamaterials, vol. 3, no. 2, pp. 90–99, Oct. 2009, doi: 10.1016/J.METMAT.2009.07.005.
A. Ono, J. Kato, and S. Kawata, “Subwavelength Optical Imaging through a Metallic Nanorod Array,” Phys. Rev. Lett., vol. 95, no. 26, p. 267407, Dec. 2005, doi: 10.1103/PhysRevLett.95.267407.
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2024 Безпека інфокомунікаційних систем та Інтернету речей
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International License.
