[논문 리뷰] 'Growing Evanescent Envelopes and Anomalous Tunneling' in Cascaded Sets of Frequency-Selective Surfaces in Their Stop Bands

Andrea Alù, Nader Engheta|arXiv (Cornell University)|2004. 08. 17.

Advanced Antenna and Metasurface TechnologiesEngineering참고 문헌 3인용 수 18

한 줄 요약

이 논문은 정지 대역 내에서 작동하는 다중 주파수 선택 표면(FSS)에서 비정상적인 터널링과 증가하는 음영파 장의 형성 메커니즘을 제안한다. 전송선 모델을 사용하여 주기성과 기하학적 구조를 설계함으로써 왼쪽 손재료와 유사한 인터페이스 공진을 유도할 수 있음을 보여주며, 이는 밴드 갭 작동 조건임에도 불구하고 완전한 파동 터널링을 가능하게 한다.

ABSTRACT

The presence of wave tunneling and the 'growing evanescent envelope' for field distributions in suitably designed, periodically layered stacks of frequency selective surfaces (FSS) is discussed in this paper. Here it is shown that a setup completely different completely different from the Pendry's lens allows an analogous buildup of evanescently modulated waves. In particular, it is shown how an interface resonance phenomenon similar to the one present at the interface between metamaterials with oppositely signed constitutive parameters may be induced by a proper choice of the periodicities of the FSS stacks and the geometrical properties of these surfaces. The analysis is performed through an equivalent transmission-line approach, and some physical insights into this phenomenon are presented. Salient features, such as the complete wave tunneling through the pair of cascaded FSS, each operating at its bandgap, are presented and discussed.

연구 동기 및 목표

• 정지 대역에서 작동하는 다중 주파수 선택 표면(FSS)을 통한 파동 터널링을 조사하기 위해.
• 주기적인 FSS 스택에서 증가하는 음영파 장의 형성 현상을 탐구하기 위해.
• 펜드리의 렌즈나 왼쪽 손재료에 의존하지 않고도 비정상적인 터널링이 발생할 수 있는 조건을 규명하기 위해.
• 공학적 주기성과 기하학적 구조를 가진 FSS 스택에서의 파동 행동을 분석하기 위한 전송선 모델을 수립하기 위해.
• 인터페이스 공진이 왼쪽 손재료와 유사한 행동을 보이는 물질의 특성과 유사하게 FSS 시스템에서 유도될 수 있음을 밝히기 위해.

제안 방법

• 주기적인 FSS 스택을 표현하고 파동 전파를 분석하기 위해 등가 전송선 모델을 사용하기 위해.
• 인터페이스에서 공진 조건을 유도하기 위해 FSS 층의 주기성과 기하학적 파ameters를 설계하기 위해.
• 정지 대역 내에서의 분산 및 전자기장 분포를 분석하여 음영파의 증가와 터널링을 식별하기 위해.
• 전송선 접근법을 사용하여 시스템의 등가 임피던스와 전파 상수를 유도하기 위해.
• FSS 스택의 거동를 음성 대비 매질 상수를 가진 왼쪽 손재료의 거동과 비교하기 위해.
• 수치 분석과 전자기장 분포도를 통해 이론적 결과를 검증하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 각 층이 정지 대역에 있을 때 다중 FSS 구조를 통해 파동 터널링이 발생할 수 있는가?
• RQ2 주기적인 FSS 스택 내에서 음영파가 진폭을 증가시키는 조건은 무엇인가?
• RQ3 어떻게 FSS 시스템에서 인터페이스 공진을 공학적으로 설계하여 메타물질 유사 행동을 모방할 수 있는가?
• RQ4 주기성과 기하학적 설계는 정지 대역 매질에서 비정상적인 터널링을 가능하게 하는 데 어떤 역할을 하는가?
• RQ5 전송선 모델은 이러한 FSS 구성에서 파동 행동을 얼마나 정확하게 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 각각 정지 대역에서 작동하는 두 개의 다중 FSS가 공진 인터페이스 결합으로 인해 완전한 파동 터널링을 달성한다.
• 음영파 장의 진폭이 일반적인 밴드 갭 재료에서의 지수 감쇠와는 반대로 지수적으로 증가한다.
• 이 현상은 반대 부호의 매질 상수를 가진 물질의 행동을 모방하는 공학적 인터페이스 공진에 기인한다.
• 전송선 모델은 증가하는 음영파 모드와 비정상적인 터널링의 발생을 성공적으로 예측한다.
• 시스템은 공진 터널링을 달성하기 위해 주기성과 기하학적 파ameters에 매우 민감하다.
• 장 분포 분 析를 통해 결과가 이론적 프레임워크와 일치하며, 주기적 구조에서의 등가 매질 행동 이론에 부합한다.