izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-4-43-48izmertech-1581Research ArticleЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯELECTROMAGNETIC MEASUREMENTSГеометрический метод определения фазового сдвига при отражении электромагнитной волны от конформной метаповерхности чувствительного элементаGeometric method for determining the phase shift in the ref ection of an electromagnetic wave from a conformal metasurface of a sensing elementhttps://orcid.org/0000-0002-4997-3327РаноД.RanoD.

Динеш Рано

Delhi

Dinesh Rano

Delhi 

dineshr@iiitd.ac.inhttps://orcid.org/0000-0003-1115-7700ЕлизаровА. А.YelizarovA. A.

Андрей Альбертович Елизаров

Москва

Andrey A. Yelizarov

Moscow

a.yelizarov@hse.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4025-3507СкуридинА. А.SkuridinA. A.

Андрей Андреевич Скуридин

Москва

Andrey A. Skuridin

Moscow

askuridin@hse.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0620-2271ЗакироваЭ. А.ZakirovaE. A.

Эльмира Алексеевна Закирова

Москва

Elmira A. Zakirova

Moscow

ezakirova@hse.ruНациональный исследовательский университет «Высшая школа экономики»; Indraprastha Institute of Information Technology (IIIT-D)ИндияNational Research University Higher School of Economics; Moscow Indraprastha Institute of Information Technology (IIIT-D)IndiaНациональный исследовательский университет «Высшая школа экономики»РоссияNational Research University Higher School of EconomicsRussian Federation202204052023044348Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1581

Современный этап исследований высокоимпедансных конформных поверхностей на метаматериалах (метаповерхностей) и разработка многофункциональных измерительных устройств на их основе делают актуальной задачу определения параметров и характеристик метаповерхностей. Разработан и предложен геометрический метод определения сдвига фаз при синфазном отражении электромагнитной волны от конформной метаповерхности чувствительного элемента. Показано, что в результате изгиба метаповерхности падающая электромагнитная волна проходит дополнительный путь на определённой электрической длине, что приводит к увеличению сдвига фазы отражённой волны. С использованием программы численного моделирования CST Studio Suite получены значения сдвига фаз падающей и отражённой волн для планарных и изогнутых метаповерхностей чувствительных элементов различной топологии с радиусами кривизны 40; 50; 60 мм. Проведено сравнение полученных результатов с аналитическими расчётами, показавшее хорошее соответствие. Предложенный метод можно применять для расчёта и моделирования измерительных преобразователей, содержащих чувствительные элементы на высокоимпедансных конформных метаповерхностях.

The current research of high-impedance conformal surfaces on metamaterials and multifunctional measuring devices based on them makes the task of determining their parameters and characteristics urgent. In this article, a geometric method for determining the phase shift in the in-phase refl ection of an electromagnetic wave from the conformal meta-surface of a sensitive element is developed and proposed. It is shown, that as a result, of the meta-surface bending the incident electromagnetic wave passes an additional path at a certain electrical length, which leads to an increase in the phase shift of the refl ected wave. Using the CST Studio Suite numerical simulation program, the values of the phase shift of incident and refl ected waves for planar and curved metasurfaces of sensitive elements of various topologies with radii of curvature of 40; 50; 60 mm are obtained. The results obtained were compared with analytical calculations, which showed a good correspondence. The proposed method can be used to calculate and simulate measuring transducers containing sensitive elements on high-impedance conformal meta-surfaces.

чувствительный элементизлучательметаповерхностьимпедансная металлическая поверхностьфазовый сдвигsensitive elementradiatormeta-surfaceimpedance metal surfacephase shiftReferencesЕлизаров А. А., Кухаренко А. С. Микроволновые частотно-селективные устройства на резонансных отрезках электродинамических замедляющих систем и структурах с метаматериалами. М.: Издательский дом ВШЭ, 2019. 328 с. https://doi.org/10.17323/978-5-7598-1796-3Yelizarov A. A., Kukharenko A. S., Microwave Frequency Selective Devices at Resonant Segments of Electrodynamic Slow-Wave Structures and Metamaterials, Moscow, HSE Publishing House, 2019, 328 p. (In Russ.) https://doi.org/10.17323/978-5-7598-1796-3Yelizarov A. A., Kukharenko A. S., Skuridin A., Metamaterial-based Sensor for Measurements of physical Quantities and Parameters of technological Processes, Proc. 12th International Congress on Artifi cial Materials for Novel Wave phenomena (METAMATERIALS 2018), Espoo, Finland, 2018, pp. 448–450.Yelizarov A. A., Kukharenko A. S., Skuridin A., Metamaterial-based Sensor for Measurements of physical Quantities and Parameters of technological Processes, Proc. 12th International Congress on Artifi cial Materials for Novel Wave phenomena (METAMATERIALS 2018), Espoo, Finland, 2018, pp. 448–450.Sievenpiper D. F., High-impedance electromagnetic surfaces, PhD dissertation, Los Angeles, University of California, 1999.Sievenpiper D. F., High-impedance electromagnetic surfaces, PhD dissertation, Los Angeles, University of California, 1999.Sievenpiper D., Yablonovitch E., Circuit and method for eliminating surface currents on metals, U.S. Patent 60/079953, 30, 1998.Sievenpiper D., Yablonovitch E., Circuit and method for eliminating surface currents on metals, U.S. Patent 60/079953, 30, 1998.Rano D., Hashmi M. S., Interdigital based EBG: Compact and Polarization stable for MBAN and Wi-Fi, Proc. 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018), London, UK, 2018. pp. 1–5.Rano D., Hashmi M. S., Interdigital based EBG: Compact and Polarization stable for MBAN and Wi-Fi, Proc. 12th European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2018), London, UK, 2018. pp. 1–5.Rano D., Hashmi M. S., IET Microw. Antennas Propag., 2019, vol. 13, no. 7, pp. 1031–1040. https://doi.org/10.1049/iet-map.2018.6021Rano D., Hashmi M. S., IET Microw. Antennas Propag., 2019, vol. 13, no. 7, pp. 1031–1040. https://doi.org/10.1049/iet-map.2018.6021Abbasi M. A. B., Nicolaou S., Antoniades M., Nicolic M., Fronides P., in IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2017, vol. 65, no. 2, pp. 453–463. https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2635588Abbasi M. A. B., Nicolaou S., Antoniades M., Nicolic M., Fronides P., in IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2017, vol. 65, no. 2, pp. 453–463. https://doi.org/10.1109/TAP.2016.2635588Jiang Z. H., Brocker D. E., Sieber P. E., in IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2014, vol. 62, pp. 4021–4030. https://doi.org/10.1109/TAP.2014.2327650Jiang Z. H., Brocker D. E., Sieber P. E., in IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2014, vol. 62, pp. 4021–4030. https://doi.org/10.1109/TAP.2014.2327650Durgun A. C., Balanis C. A., and Birtcher C. R., in IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2013, vol. 61, pp. 6030–6038. https://doi.org/10.1109/TAP.2013.2282916Durgun A.C., Balanis C. A., and Birtcher C. R., in IEEE Transaction on Antennas and Propagation, 2013, vol. 61, pp. 6030–6038. https://doi.org/ 10.1109/TAP.2013.2282916Germain D., Seetharamdoo D., Burokur S. N., and De Lustrac A., Applied Physics Letters, 2013, vol. 103, 124102. https://doi.org/10.1063/1.4821357Germain D., Seetharamdoo D., Burokur S. N., and De Lustrac A., Applied Physics Letters, 2013, vol. 103, 124102. https://doi.org/10.1063/1.4821357

The authors declare that there are no conflicts of interest present.