Искусственные диэлектрики - Artificial dielectrics

Искусственные диэлектрики изготовлены композиционные материалы, часто состоящий из массивов проводящих форм или частиц в непроводящей матрице носителя, разработано, чтобы иметь специфический электромагнитный свойства, похожие на диэлектрики. Пока шаг решетки меньше, чем длина волны эти вещества могут преломлять и преломлять электромагнитные волны, и используются для создания линзы, дифракционные решетки, зеркала и поляризаторы за микроволны. Они были впервые концептуализированы, сконструированы и развернуты для взаимодействия в микроволновая печь частотный диапазон в 1940-х и 1950-х годах. Созданная среда - искусственный диэлектрик - имеет эффективную диэлектрическая проницаемость и эффективный проницаемость, как 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 макроскопический аналоги встречающихся в природе диэлектрики. 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 микроволнового излучения.^[2]

Искусственные диэлектрики - прямая историческая связь с метаматериалы.

Семенная работа

Термин искусственный диэлектрик был создан Уинстон Э. Кок в 1948 году, когда он работал в Bell Laboratories. В нем описаны материалы практических размеров, которые имитируют электромагнитный отклик естественных 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

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

Природные диэлектрики, или природные материалы, являются моделью искусственных диэлектриков. Когда электромагнитное поле применяется к естественному диэлектрику, местные реакции и рассеяние происходят на атомном или молекулярном уровне. Макроскопический отклик материала тогда 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 длина 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 магнитную 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, имитирующие локальный отклик природных материалов, а также синтезированные макроскопический отклик. 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]

Стержневой средний

Стержневая среда (плазменная среда) также известна как проволочная сетка и проволочная сетка. Это квадратная решетка из тонких параллельных проволок. Первоначальные исследования, относящиеся к этой среде, были проведены J. Brown, K.E. Голден и В. Ротман.^[4][5]

Метаматериалы

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

дальнейшее чтение

• 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 НВО - Часть IV: Монографии учреждений. 100 (5): 51–62. CiteSeerX  10.1.1.192.289. Дои: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 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. Дои:10.1007 / BF01039343.
• Объектив Люнебурга для СКА Резюме исследовательского проекта MNRF по производству недорогой сферической линзы, преломляющей микроволновое излучение, для радиоастрономии, предлагает использование искусственных диэлектриков.
• Линза, построенная из однородные сферические оболочки кажется выполнимым.

Рекомендации

1. 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 г. согласно Веб-страница CRC Press В архиве 28 сентября 2011 г. Wayback Machine для этой книги. Судя по странице с авторскими правами на эту книгу, доступную через Google Книги, к 2005 году она вышла в десятый тираж.
2. Вэньшань, Цай; Шалаев Владимир (Ноябрь 2009 г.). Оптические метаматериалы: основы и приложения. Springer. С. xi, 3, 8, 9, 59, 74. ISBN  978-1-4419-1150-6.
3. Элефтериадес, Георг V.; 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 Институт инженеров-электриков.
4. Каполино, Филиппо (5 октября 2009 г.). Теория и явления метаматериалов. CRC Press. стр. 1–1–1–8. ISBN  978-1-4200-5425-5.
5. Первоначальные исследования стержневой среды.
   • Brown, J .; "Искусственные диэлектрики с показателем преломления меньше единицы "; Proceedings of the IEE - Part IV: Institution Monographs Volume: 100, Issue: 5; Year of Publication: 1953, Page (s): 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. Дои: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:1962 г.ITAP ... 10 ... 82R. Дои:10.1109 / TAP.1962.1137809.

внешняя ссылка

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