INTEGRATION OF CHIRAL STRUCTURES AND METAMATERIALS IN MICROSTRIP ANTENNAS: A REVIEW OF MODERN SOLUTIONS AND PROSPECTS
Keywords:
microstrip antenna, chirality, metamaterials, bianisotropy, radiation pattern, polarization, piezoelectric materials, adaptive antennas.Abstract
The paper presents an overview of modern research devoted to the integration of chiral structures and metamaterials into microstrip antennas in order to improve their radiating characteristics. The physical principles of chirality, including circular dichroism, optical activity and electromagnetic pairing, as well as the features of the interaction of chiral elements with electromagnetic waves are considered. An analysis of existing design solutions based on the use of chiral metamaterials and bianisotropic media affecting the radiation pattern, polarization and matching of antennas is carried out. Particular attention is paid to the use of dynamically controlled chiral structures based on piezoelectric materials, which can provide adaptive change in radiation parameters in real time. The work is aimed at systematizing the current state of the field of application of chiral structures and formulates a theoretical direction for further research and numerical modeling.
References
1. Боголюбов А.Н., Мосунова Н.А., Петров Д.А. Математическое моделирование киральных волноведущих антенн // Журнал Радиоэлектроники. - 2005. - №7. - с. 3–24.
2. Марценюк Михаил Андреевич, Фуфачев Михаил Андреевич Параметризация киральности и оптическая активность нанокомпозитов // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки. 2013. №2 (170). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/parametrizatsiya-kiralnosti-i-opticheskaya-aktivnost-nanokompozitov.
3. Шевченко В.В. Киральные электромагнитные объекты и среды // Соровский образовательный журнал. - 1998. - № 2. - с. 109-114.
4. Панин Дмитрий Николаевич, Осипов Олег Владимирович Неоднородные киральные метаматериалы: анализ отражения оптических волн с учетом дисперсии материальных параметров // КО. 2024. №6. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/neodnorodnye-kiralnye-metamaterialy-analiz-otrazheniya-opticheskih-voln-s-uchetom-dispersii-materialnyh-parametrov.
5. Сан, Ю.; Кай, Б.; Ян, Л.; Ву, Л.; Ченг, Ю.; Луо, Х.; Чен, Ф.; Ли, X. Микрополосковая антенна с двойной поляризацией и высоким коэффициентом усиления на основе метаповерхности, фокусирующей пропускание. Материалы 2024, 17, 3730. https://doi.org/10.3390/ma17153730.
6. Стаценко Л.Г., Смирнова М.М., Север Д.С., Дронин Я.С. Применение метаматериалов в антенных устройствах цифровых систем связи. // Журнал радиоэлектроники. – 2024. – №. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.2.
7. Хамед Ебрахим Абдо Махьюб, Кисель Наталья Николаевна Оценка эффективности применения метаматериала в разработках микрополосковых антенн на основе LTCC-технологии // Известия ЮФУ. Технические науки. 2019. №3 (205). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/otsenka-effektivnosti-primeneniya-metamateriala-v-razrabotkah-mikropoloskovyh-antenn-na-osnove-ltcc-tehnologii.
8. Хамед Ебрахим Абдо Махьюб, Кисель Наталья Николаевна Исследование характеристик микрополосковой антенны с управляемым метаматериалом // Известия ЮФУ. Технические науки. 2019. №3 (205). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-harakteristik-mikropoloskovoy-antenny-s-upravlyaemym-metamaterialom.
9. Мусаев Максуд Мурад Оглы, Кисель Наталья Николаевна Исследование характеристик антенны на основе метаматериала // Известия ЮФУ. Технические науки. 2017. №6 (191). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/issledovanie-harakteristik-antenny-na-osnove-metamateriala.
10. Касимова А.У. Сравнительные анализ моделирования микрополосковой антенны в программах CST Microwave Studio и Matlab Antenna Toolbox // Проблемы автоматики и управления.–2022.–№ 3(45).–С. 31-41.
11. Клюев Дмитрий Сергеевич, Нещерет Анатолий Михайлович, Сингулярное интегральное уравнение для расчета микрополоскового вибратора, расположенного на киральной подложке // Евразийский Союз Ученых. 2015. №5-7 (14). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/singulyarnoe-integralnoe-uravnenie-dlya-rascheta-mikropoloskovogo-vibratora-raspolozhennogo-na-kiralnoy-podlozhke.
12. Mehmet BAĞMANCI, Muharrem KARAASLAN, Emin UNAL, Faruk KARADAG, Microstrip Patch Antennas Covered with Chiral Metamaterial Structures // Çukurova University Journal of the Faculty of Engineering and Architecture, 33(3), pp. 245-254, September 2018
13. Zebiri C., Lashab M., Benabdelaziz F. Rectangular microstrip antenna with uniaxial bi-anisotropic chiral substratesuperstrate // IET Microwaves, Antennas & Propagation. – 2011. – Т. 5, № 1. – С. 17–29. – DOI: 10.1049/iet-map.2009.0446
14. Филиппов, С. Б. Исследование эффективности применения киральных метаматериалов в конструкциях антенн радиотехнических систем космических аппаратов / С. Б. Филиппов // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. – 2020. – том 7, выпуск 2. – с. 33-38. - DOI 10.30894/issn2409-0239.2020.7.2.33.38. URL: https://spacedevice.ru/wp-content/uploads/2020/07/4_p33_0702.pdf
15. Гах Г.В., Ерохин С.Н. Безотражательное прохождение электромагнитной волны через слой киральной среды / Г.В. Гах, С.Н. Ерохин // ВОПРОСЫ АТОМНОЙ НАУКИ И ТЕХНИКИ. Серия: Плазменная электроника и новые методы ускорения (6). – 2008. - №4. – с. 119-122.
16. Верзунов, С. Н. Способ оптимизации конструктивных параметров ячеек-резонаторов микрополосковых антенн на основе интеллектуального анализа данных / С. Н. Верзунов // Электротехнические системы и комплексы. – 2022. – № 3(56). – с. 54-64. – DOI 10.18503/2311-8318-2022-3(56)-54-64. – EDN GBBNJP.
17. Microstrip patch antenna using piezoelectric substrates, пат. WO 2005050784 A1. – 2005. – Международная заявка № PCT/US2004/039550; заявл. 24.11.2004; опубл. 02.06.2005.
