Umělá dielektrika - Artificial dielectrics

Umělá dielektrika jsou vyrobené kompozitní materiály, často sestávající z polí vodivých tvarů nebo částic v nevodivé nosné matrici, které mají specifické elektromagnetické vlastnosti podobné dielektrika. Pokud je rozteč mřížek menší než a vlnová délka, tyto látky mohou lámat a difrakce elektromagnetické vlny, a jsou zvyklí dělat čočky, difrakční mřížky, zrcadla, a polarizátory pro mikrovlnné trouby. Ty byly nejprve konceptualizovány, zkonstruovány a nasazeny pro interakci v EU mikrovlnná trouba frekvenční rozsah ve 40. a 50. letech. Vytvořené médium, umělé dielektrikum, má efektivní permitivita a efektivní propustnost, jak bylo zamýšleno.^[1]^[2]

Některá umělá dielektrika mohou navíc sestávat z nepravidelných mřížek, náhodných směsí nebo nejednotné koncentrace částic.

Umělá dielektrika se začala používat u radarových mikrovlnných technologií vyvinutých mezi 40. a 70. lety. Termín „umělá dielektrika“ se začal používat, protože tomu tak je makroskopické analogy přirozeně se vyskytujících dielektrika. Rozdíl mezi přírodní a umělou látkou spočívá v tom, že atomy nebo molekuly jsou uměle (lidsky) konstruované materiály. Umělá dielektrika byla navržena z důvodu potřeby lehkých struktur a komponentů pro různá zařízení pro dodávání mikrovln.^[2]

Umělá dielektrika jsou přímým historickým odkazem metamateriály.

Seminární práce

Termín umělé dielektrikum vznikl Winston E. Kock v roce 1948, kdy byl zaměstnán v Bell Laboratories. Popsal materiály praktických rozměrů, které napodobovaly elektromagnetickou odezvu přírodních dielektrických pevných látek. Umělá dielektrika byla odvozena z potřeby lehkých materiálů s nízkou ztrátou pro velká a jinak těžká zařízení.^[1]^[2]^[3]

Dielektrický analog

Trojrozměrná mříž naplněná dvěma molekulami A a B, zde zobrazená jako černé a bílé koule.

Přírodní dielektrika nebo přírodní materiály jsou modelem pro umělou dielektriku. Když je elektromagnetické pole aplikováno na přírodní dielektrikum, místní reakce a rozptyl se vyskytují na atomové nebo molekulární úrovni. Makroskopická odezva materiálu je poté popsána jako elektrická permitivita a magnetická permeabilita. Aby však byla tato makroskopická odpověď platná, musí být mezi rozptylovači přítomen typ prostorového uspořádání. Kromě toho určitý vztah k vlnová délka je součástí jeho popisu.^[3] Mřížová struktura s určitým stupněm prostorového uspořádání je přítomna. Aplikované pole má také delší vlnovou délku než rozteč mřížek. To pak umožňuje makroskopický popis vyjádřený jako elektrická permitivita a magnetická permeabilita.^[3]

Aby bylo možné vyrobit umělou permitivitu a propustnost, musí existovat schopnost přístupu k atomům samotným. Tento stupeň přesnosti je nepraktický. Avšak na konci 40. let - v oblasti dlouhých vlnových délek, jako jsou rádiové frekvence a mikrovlnné trouby - bylo možné vyrábět větší měřítko a dostupnější rozptylovače, které napodobují místní odezvu přírodních materiálů - spolu se syntetizovanými makroskopické Odezva. Ve vysokofrekvenčních a mikrovlnných oblastech byly takovéto umělé krystalové mřížkové struktury sestaveny. Rozptyly reagovaly na elektromagnetické pole, jako jsou atomy a molekuly v přírodních materiálech, a média se chovala podobně jako dielektrika s efektivní mediální odezvou.^[3]

Rozptylové prvky jsou navrženy tak, aby předepsaným způsobem rozptylovaly elektromagnetické pole. Geometrický tvar prvků - koule, disky, vodivé pásky atd. - přispívá k návrhovým parametrům.^[3]^[4]

Rodované médium

Tyčové médium (plazmové médium) je také známé jako drátěné pletivo a drátěná mřížka. Jedná se o čtvercovou mřížku tenkých rovnoběžných drátů. Počáteční výzkum týkající se tohoto média provedl J. Brown, K.E. Golden a W. Rotman.^[4]^[5]

Metamateriály

Umělá dielektrika jsou přímým historickým odkazem metamateriály.^[2]^[4]

Další čtení

Brown, John a Willis Jackson. „Vlastnosti umělých dielektrik na vlnových délkách centimetrů.“ Proceedings of the IEE-Part B: Radio and Electronic Engineering 102.1 (1955): 11-16.
Brown, John (říjen 1953). "Umělá dielektrika mající indexy lomu menší než jednota". Sborník IEE - Část IV: Monografie institucí. 100 (5): 51–62. CiteSeerX 10.1.1.192.289. doi:10.1049 / pi-4.1953.0009. Datum aktuální verze: 22. ledna 2010. Viz: související články o IEEE Xplore.
Zlatý, Kurt E. Studie umělých dielektrik. Č. TDR-269 (4280-10) -4. Aerospace Corp. (1964) El Segundo, Ca.
Lalanne, Philippe a Mike Hutley. "Optické vlastnosti umělých médií strukturovaných v měřítku subwavelength „Encyclopedia of Optical Engineering (2003): 62-71. (Stažení PDF zdarma)
Rotman, Walter. „Plazmová simulace pomocí umělých dielektrik a paralelních deskových médií.“ Antény a propagace, IRE Transactions on 10.1 (1962): 82-95.
Silin, R. A. (1972). "Optické vlastnosti umělých dielektrik (recenze)". Radiofyzika a kvantová elektronika. 15 (6): 615–624. Bibcode:1972R & QE ... 15..615S. doi:10.1007 / BF01039343.
Luneburský objektiv pro SKA Shrnutí výzkumného projektu MNRF na výrobu levné mikrovlnné refrakční sférické čočky pro radioastronomii navrhuje použití umělých dielektrik.
Objektiv vyrobený z jednotné sférické skořápky se zdá proveditelné.

Reference

^ ^A ^b Milonni, Peter W.; Fyzikální ústav (30. listopadu 2004). Rychlé světlo, pomalé světlo a světlo pro leváky. CRC Press. 221, 222. ISBN 978-0-7503-0926-4. Poprvé publikováno v roce 2004 podle CRC Press webová stránka Archivováno 28. září 2011, v Wayback Machine pro tuto knihu. Podle stránky s autorskými právy k této knize, přístupné prostřednictvím Knih Google, se někdy v roce 2005 dostala do desátého tisku.
^ ^A ^b ^C ^d Wenshan, Cai; Shalaev, Vladimir (Listopad 2009). Optické metamateriály: základy a aplikace. Springer. str. xi, 3, 8, 9, 59, 74. ISBN 978-1-4419-1150-6.
^ ^A ^b ^C ^d ^E Eleftheriades, George V.; Balmain, Keith (červenec 2005). Metamateriály s negativním lomem: základní principy a aplikace. John Wiley & Sons, Inc., s. V, xiii, xiv, 4–7, 46, 47, 53. ISBN 978-0-471-60146-3. Autorská práva Ústav elektrotechniků.
^ ^A ^b ^C Capolino, Filippo (5. října 2009). Teorie a jevy metamateriálů. CRC Press. str. 1–1 až 1–8. ISBN 978-1-4200-5425-5.
^
Počáteční výzkum na tyčovém médiu.
- Brown, J .; "Umělá dielektrika mající indexy lomu menší než jednota "; Proceedings of the IEE - Part IV: Institution Monographs Volume: 100, Issue: 5; Publication Year: 1953, Page (s): 51 - 62
- Golden, K. (1965). "Plazmová simulace s umělým dielektrikum v geometrii rohu". Transakce IEEE na anténách a šíření. 13 (4): 587. Bibcode:1965ITAP ... 13..587G. doi:10.1109 / TAP.1965.1138461.
- Rotman, W. (1962). "Plazmová simulace pomocí umělých dielektrik a paralelních deskových médií". Transakce IRE na anténách a šíření. 10 (1): 82. Bibcode:1962ITAP ... 10 ... 82R. doi:10.1109 / TAP.1962.1137809.

externí odkazy

Umělý dielektrikum (video přednáška). Elektromagnetika a aplikace (fyzika). Massachusetts Institute of Technology (MIT)

[Milonni-bk-1] A ^b Milonni, Peter W.; Fyzikální ústav (30. listopadu 2004). Rychlé světlo, pomalé světlo a světlo pro leváky. CRC Press. 221, 222. ISBN 978-0-7503-0926-4. Poprvé publikováno v roce 2004 podle CRC Press webová stránka Archivováno 28. září 2011, v Wayback Machine pro tuto knihu. Podle stránky s autorskými právy k této knize, přístupné prostřednictvím Knih Google, se někdy v roce 2005 dostala do desátého tisku.

[Cai-book-2] A ^b ^C ^d Wenshan, Cai; Shalaev, Vladimir (Listopad 2009). Optické metamateriály: základy a aplikace. Springer. str. xi, 3, 8, 9, 59, 74. ISBN 978-1-4419-1150-6.

[Eleftheriades-3] A ^b ^C ^d ^E Eleftheriades, George V.; Balmain, Keith (červenec 2005). Metamateriály s negativním lomem: základní principy a aplikace. John Wiley & Sons, Inc., s. V, xiii, xiv, 4–7, 46, 47, 53. ISBN 978-0-471-60146-3. Autorská práva Ústav elektrotechniků.

[Capolino-4] A ^b ^C Capolino, Filippo (5. října 2009). Teorie a jevy metamateriálů. CRC Press. str. 1–1 až 1–8. ISBN 978-1-4200-5425-5.

[rodded-5] Počáteční výzkum na tyčovém médiu.
Brown, J .; "Umělá dielektrika mající indexy lomu menší než jednota "; Proceedings of the IEE - Part IV: Institution Monographs Volume: 100, Issue: 5; Publication Year: 1953, Page (s): 51 - 62
Golden, K. (1965). "Plazmová simulace s umělým dielektrikum v geometrii rohu". Transakce IEEE na anténách a šíření. 13 (4): 587. Bibcode:1965ITAP ... 13..587G. doi:10.1109 / TAP.1965.1138461.
Rotman, W. (1962). "Plazmová simulace pomocí umělých dielektrik a paralelních deskových médií". Transakce IRE na anténách a šíření. 10 (1): 82. Bibcode:1962ITAP ... 10 ... 82R. doi:10.1109 / TAP.1962.1137809.

[6] Brown, J .; "Umělá dielektrika mající indexy lomu menší než jednota "; Proceedings of the IEE - Part IV: Institution Monographs Volume: 100, Issue: 5; Publication Year: 1953, Page (s): 51 - 62

[7] Golden, K. (1965). "Plazmová simulace s umělým dielektrikum v geometrii rohu". Transakce IEEE na anténách a šíření. 13 (4): 587. Bibcode:1965ITAP ... 13..587G. doi:10.1109 / TAP.1965.1138461.

[8] Rotman, W. (1962). "Plazmová simulace pomocí umělých dielektrik a paralelních deskových médií". Transakce IRE na anténách a šíření. 10 (1): 82. Bibcode:1962ITAP ... 10 ... 82R. doi:10.1109 / TAP.1962.1137809.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]