Коефіцієнти взаємного зв'язку обертових прямокутних діелектричних резонаторів у відкритому просторі
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2022.88.60-68Ключові слова:
коефіцієнт зв'язку, коефіцієнт взаємного зв'язку, обертання, прямокутний діелектричний резонатор, відкритий простірАнотація
Розраховані коефіцієнти взаємного зв'язку діелектричних резонаторів прямокутної форми у відкритому просторі при їх обертанні щодо однієї з осей заданої прямокутної системи координат. Знайдені вирази дають повну інформацію про частоти та добротності зв'язаних коливань діелектричних резонаторів. Отримані аналітичні формули для комплексних коефіцієнтів взаємного зв'язку. Розглядаються залежності коефіцієнтів зв'язку від кутів обертання і просторових координат резонаторів в разі збудження в них основних магнітних типів власних коливань. Введено поняття псевдообертання резонаторів. Досліджено залежності коефіцієнтів зв'язку при різних видах псевдообертання резонаторів. Відзначено випадки, коли псевдообертання резонаторів не призводить до зміни коефіцієнтів зв'язку. Виведено нові інтегральні співвідношення для коефіцієнтів взаємного зв'язку діелектричних резонаторів прямокутної форми при обертанні їх осей у відкритому просторі. В окремих випадках паралельності осей резонаторів одній з координатних осей, знайдені в роботі аналітичні вирази збігаються з отриманими раніше. Для кожного випадку обертання знайдені наближені аналітичні формули для отриманих в роботі інтегральних співвідношень, що виражаються через сферичні функції Ханкеля другого роду. Проведено порівняння обчислень коефіцієнтів зв'язку за інтегральними формулами і наближеними виразами. Показано, що наближені вирази мають прийнятну точність для всіх розглянутих випадків обертань. Розглянуто залежності коефіцієнтів зв'язку від координат резонаторів. Відзначено області, в яких знайдені інтегральні вирази дозволяють коректно описувати коефіцієнти зв'язку прямокутних резонаторів. На відміну від інтегральних співвідношень, наближені формули коректні у всій просторовій області взаємодії резонаторів. Отримані результати дозволяють будувати аналітичні моделі антен, багатоелементних решіток і пристроїв інфрачервоного і оптичного діапазонів довжин хвиль, виконаних з застосуванням діелектричних резонаторів прямокутної форми; значно скорочувати час обчислень в порівнянні з чисельними методами і оптимізувати складні багаторезонаторні структури мікрохвильових і оптичних систем зв'язку.
Посилання
References
Da Y., Zhang Z., Chen X., Kishk A. A. (2021). Mutual Coupling Reduction With Dielectric Superstrate for Base Station Arrays. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 20, No. 5, pp. 843-847. doi: 10.1109/LAWP.2021.3065392.
Zhang Z., Yang Q., Gong M., Chen M., Long Z. (2019). Metasurface lens with Angular modulation for extended depth of focus imaging. Optics Letters, Vol. 45(3), pp. 611-614. DOI:10.1364/OL.382812.
Kupriianov A. S., Tuz V. R., Sherbinin A., Trubin A. A., Fesenko V. I. (2020). All-dielectric Vogel metasurface antennas with bidirectional radiation pattern. Journal of Optics, Vol. 22, Iss. 3, id. 035104. DOI: 10.1088/2040-8986/ab70f6.
Gao Z., Golla S., Sawant R., Osipov V., Briere G., et al. (2020). Revealing topological phase in Pancharatnam–Berry metasurfaces using mesoscopic electrodynamics. Nanophotonics, Vol. 9, Iss. 16, pp. 4711–4718. doi:10.1515/nanoph-2020-0365.
Terekhov P. D., Evlyukhin A. B., Karabchevsky A., Shalin A. S. (2020). Multipole analysis of periodic array of rotated silicon cubes. Journal of Physics: Conference Series, Vol. 1461, pp. 1-4.
Abujetas D. R., Barreda A., Moreno F., Sáenz J. J., Litman A., Geffrin J.-M., Sánchez-Gil J. A. (2019). Brewster quasi bound states in the continuum in all-dielectric metasurfaces from single magnetic-dipole resonance meta-atoms. Scientific Reports, Vol. 9, Article number: 16048. doi:10.1038/s41598-019-52223-4.
Neshev D., Aharonovich I. (2018). Optical metasurfaces: new generation building blocks for multi-functional optics. Light: Science & Applications, Vol. 7, Article number: 58. doi:10.1038/s41377-018-0058-1.
Gutruf P., Zou C., Withayachumnankul W., Bhaskaran M., Sriram S., Fumeaux C. (2016). Mechanically Tunable Dielectric Resonator Metasurfaces at Visible Frequencies. ACS Nano, Vol. 10, Iss. 1, pp. 133–141. DOI: 10.1021/acsnano.5b05954.
Fan Q., Wang D., Huo P., Zhang Z., Liang Y., Xu T. (2017). Autofocusing Airy beams generated by all dielectric metasurface for visible light. Optics Express, Vol. 25, No. 8, pp. 9285-9294. doi: 10.1364/OE.25.009285.
Lin J.-H., Shen W.-H., Shi Z.-D., Zhong S.-S. (2017). Circularly Polarized Dielectric Resonator Antenna Arrays with Fractal Cross-Slot-Coupled DRA Elements. Hindawi International Journal of Antennas and Propagation, Vol. 2017, Article ID 8160768, 11 p. doi:10.1155/2017/8160768.
Li L., Wang J., Wang J., Du H., Huang H., at el. (2015). All-dielectric metamaterial frequency selective surfaces based on high-permittivity ceramic resonators. Applied Physics Letters, Vol. 106, 212904. doi: 10.1063/1.4921712.
Zainud-Deen S. H., Gaber S. M., Malhat H. A., Awadalla K. H. (2012). Multilayer dielectric resonator antenna transmit array for near-field and far-field fixed RFID reader. 2012 29th National Radio Science Conference (NRSC), pp. 81-88. doi: 10.1109/NRSC.2012.6208510.
Kumari R., Behera S. K. (2013). Nine-element frequency independent dielectric resonator array for X-band applications. Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 55, No. 2, pp. 400-403. doi: 10.1002/mop.27337.
Petosa A., Thirakoune S. (2011). Rectangular Dielectric Resonator Antennas With Enhanced Gain. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 59, No. 4, pp. 1385-1389. doi: 10.1109/TAP.2011.2109690.
Kim J., Gopinath A. (2007). Application of Cubic High Dielectric Resonator Metamaterial to Antennas. 2007 IEEE Antennas and Propagation International Symposium, pp. 2349 - 2352. DOI: 10.1109/aps.2007.4396003.
Iveland T. D. (1971). Dielectric Resonator Filters for Application in Microwave Integrated Circuites. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol. 19, No. 7, pp. 643-652. doi: 10.1109/TMTT.1971.1127594.
Trubin A. A., Kupriianov A. S., Fesenko V. I., Tuz V. R. (2020). Coupling coefficients for dielectric cuboids located in free space. Applied Optics, Vol. 59, No. 23/10, pp. 6918-6924. DOI: 10.1364/AO.399930.
Trubin A. A. (2016). Lattices of Dielectric Resonators. Springer International Publishing Switzerland. Series in Advanced Microelectronics, Vol. 53, 159 p.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2022 A. A. Trubin
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
