Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Искусственные диэлектрики изготовлены композиционные материалы, часто состоящие из массивов проводящих форм или частиц в непроводящей матрице носителя, предназначенной для иметь специфические электромагнитные свойства , аналогичные свойства диэлектриков . Пока шаг решетки меньше длины волны , эти вещества могут преломлять и дифрактировать электромагнитные волны и используются для изготовления линз , дифракционных решеток , зеркал и поляризаторов для микроволн . Они были впервые концептуализированы, сконструированы и развернуты для взаимодействия в микроволновых печах.частотный диапазон в 1940-х и 1950-х годах. Созданная среда, искусственный диэлектрик, имеет эффективную диэлектрическую проницаемость и эффективную проницаемость , как и предполагалось. [1] [2]

Кроме того, некоторые искусственные диэлектрики могут состоять из нерегулярных решеток, случайных смесей или неоднородной концентрации частиц.

Искусственные диэлектрики стали использоваться в радиолокационных микроволновых технологиях, разработанных между 1940-ми и 1970-ми годами. Термин «искусственные диэлектрики» вошел в употребление, потому что это макроскопические аналоги диэлектриков природного происхождения . Разница между естественным и искусственным веществом состоит в том, что атомы или молекулы представляют собой материалы, созданные искусственно (человеком). Искусственные диэлектрики были предложены в связи с необходимостью создания легких конструкций и компонентов для различных устройств доставки СВЧ-излучения. [2]

Искусственные диэлектрики - прямая историческая связь с метаматериалами .

Основная работа [ править ]

Термин «искусственный диэлектрик» был придуман Уинстоном Э. Коком в 1948 году, когда он работал в Bell Laboratories. В нем описаны материалы практических размеров, имитирующие электромагнитный отклик природных диэлектрических твердых тел. Искусственные диэлектрики возникли из-за потребности в легких материалах с низкими потерями для больших и других тяжелых устройств. [1] [2] [3]

Диэлектрический аналог [ править ]

Трехмерная решетка, заполненная двумя молекулами A и B, здесь показаны как черные и белые сферы.

Натуральные диэлектрики или природные материалы - это модель искусственных диэлектриков. Когда к естественному диэлектрику прикладывают электромагнитное поле, на атомном или молекулярном уровне возникают локальные отклики и рассеяние . Макроскопический отклик материала затем описывается как электрическая проницаемость и магнитная проницаемость . Однако для того, чтобы этот макроскопический отклик был действительным, между рассеивателями должен присутствовать тип пространственного упорядочения. Кроме того, определенное отношение к длине волны является частью его описания. [3]Присутствует решетчатая структура с некоторой степенью пространственного упорядочения. Кроме того, приложенное поле длиннее по длине волны, чем шаг решетки. Затем это позволяет получить макроскопическое описание, выраженное как электрическая проницаемость и магнитная проницаемость. [3]

Чтобы создать искусственную диэлектрическую проницаемость и проницаемость, должна быть возможность доступа к самим атомам. Такая точность непрактична. Однако в конце 1940-х годов - в области длинных волн, таких как радиочастоты и микроволновая печь - стало возможным производить более крупные и доступные рассеиватели, которые имитируют локальный отклик природных материалов - наряду с синтезированным макроскопическим откликом. В радиочастотном и микроволновом диапазонах были собраны такие искусственные кристаллические решетки. Рассеиватели реагировали на электромагнитное поле, как атомы и молекулы в природных материалах, а среда вела себя во многом как диэлектрики с эффективным откликом среды. [3]

Рассеивающие элементы предназначены для рассеивания электромагнитного поля заданным образом. Геометрическая форма элементов - сфер, дисков, токопроводящих полос и т. Д. - вносит свой вклад в параметры конструкции. [3] [4]

Rodded medium [ править ]

Стержневая среда (плазменная среда) также известна как проволочная сетка или проволочная сетка. Это квадратная решетка из тонких параллельных проволок. Первоначальное исследование, относящееся к этой среде, было проведено Дж. Брауном, К. Э. Голденом и У. Ротманом. [4] [5]

Метаматериалы [ править ]

Искусственные диэлектрики - прямая историческая связь с метаматериалами . [2] [4]

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Браун, Джон и Уиллис Джексон. «Свойства искусственных диэлектриков на сантиметровых длинах волн». Труды IEE-Part B: Radio and Electronic Engineering 102.1 (1955): 11-16.
  • Браун, Джон (октябрь 1953 г.). «Искусственные диэлектрики с показателем преломления меньше единицы». Труды IEE - Часть IV: Институциональные монографии . 100 (5): 51–62. CiteSeerX  10.1.1.192.289 . DOI : 10,1049 / пи-4.1953.0009 .Дата текущей версии: 22 января 2010 г. См .: статьи по теме IEEE Xplore .
  • Голден, Курт Э. Исследование искусственных диэлектриков . № TDR-269 (4280-10) -4. Aerospace Corp. (1964) Эль-Сегундо, Калифорния.
  • Лаланн, Филипп и Майк Хатли. « Оптические свойства искусственных сред, структурированных в субволновом масштабе ». Энциклопедия оптической инженерии (2003): 62-71 (бесплатная загрузка в формате PDF).
  • Ротман, Уолтер. «Моделирование плазмы искусственными диэлектриками и средами с параллельными пластинами». Антенны и распространение, IRE Transactions on 10.1 (1962): 82-95.
  • Силин Р.А. (1972). «Оптические свойства искусственных диэлектриков (обзор)». Радиофизика и квантовая электроника . 15 (6): 615–624. Bibcode : 1972R & QE ... 15..615S . DOI : 10.1007 / BF01039343 .
  • Линза Люнебурга для SKA Краткое изложение исследовательского проекта MNRF по производству недорогой сферической линзы, преломляющей микроволновое излучение, для радиоастрономии, предлагает использование искусственных диэлектриков.
  • Представляется возможным создание линзы из однородных сферических оболочек .

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b Милонни, Питер В .; Институт физики (30 ноября 2004 г.). Быстрый свет, медленный свет и левосторонний свет . CRC Press. с. 221, 222. ISBN 978-0-7503-0926-4.Впервые опубликовано в 2004 году, согласно веб-странице CRC Press. Заархивировано 28 сентября 2011 года на Wayback Machine для этой книги. Судя по странице авторских прав на эту книгу, доступную через Google Книги, к 2005 году она вышла в десятый тираж.
  2. ^ a b c d Вэньшань, Цай; Шалаев, Владимир (ноябрь 2009 г.). Оптические метаматериалы: основы и приложения . Springer. стр. xi, 3, 8, 9, 59, 74. ISBN 978-1-4419-1150-6.
  3. ^ Б с д е Eleftheriades, Джордж В. ; Балмейн, Кит (июль 2005 г.). Метаматериалы с отрицательным преломлением: основные принципы и приложения . John Wiley & Sons, Inc., стр. V, xiii, xiv, 4–7, 46, 47, 53. ISBN 978-0-471-60146-3.Авторские права принадлежат Институту инженеров-электриков .
  4. ^ a b c Каполино, Филиппо (5 октября 2009 г.). Теория и явления метаматериалов . CRC Press. С. 1–1–1–8. ISBN 978-1-4200-5425-5.
  5. ^ Первоначальные исследования стержневой среды.
    • Brown, J .; « Искусственные диэлектрики с показателем преломления меньше единицы »; Труды НВО - Часть IV: Монографии учреждения Том: 100, Выпуск: 5; Год публикации: 1953, Страниц: 51 - 62
    • Голден, К. (1965). «Моделирование плазмы с искусственным диэлектриком в геометрии рога». Транзакции IEEE по антеннам и распространению . 13 (4): 587. Bibcode : 1965ITAP ... 13..587G . DOI : 10.1109 / TAP.1965.1138461 .
    • Ротман, В. (1962). «Моделирование плазмы искусственными диэлектриками и средами с параллельными пластинами». Транзакции IRE по антеннам и распространению . 10 (1): 82. Bibcode : 1962ITAP ... 10 ... 82R . DOI : 10.1109 / TAP.1962.1137809 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Искусственный диэлектрик (видеолекция). Электромагнетизм и приложения (физика). Массачусетский технологический институт (MIT)