×
20.06.2016
217.015.0428

Результат интеллектуальной деятельности: НИЗКОРАЗМЕРНЫЙ СВЧ ФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в устройствах измерительной техники. Технический результат - уменьшение продольного размера фотонного кристалла вдоль направления распространения электромагнитной волны до величины, меньшей длины волны основного типа. Для этого в качестве элементов волноводного СВЧ фотонного кристалла, образующих периодическую последовательность, используют диэлектрические слои, полностью заполняющие волновод по перечному сечению, и тонкие металлические пластины, частично перекрывающие сечение волновода и образующие зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине, при этом зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом расположены у верхней широкой стенки волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у нижней широкой стенки волновода. 4 ил.
Основные результаты: Низкоразмерный волноводный фотонный кристалл, выполненный в виде волновода, содержащего элементы, периодически чередующиеся в направлении распространения электромагнитного излучения, отличающийся тем, что четные элементы фотонного кристалла выполнены в виде диэлектрических слоев, полностью заполняющих поперечное сечение волновода, а нечетные элементы фотонного кристалла выполнены в виде тонких металлических пластин, частично перекрывающих сечение волновода и образующих зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине, при этом зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом расположены у одной из широких стенок волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у противоположной широкой стенки волновода, ширина всех зазоров одинакова и находится в интервале от 0,0125λ до 0,0625λ, толщина диэлектрических слоев h находится в интервале от λ/(3) до λ/(9), где λ - длина волны основного типа в волноводе, соответствующая середине запрещенной зоны фотонного кристалла, ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрических слоев.

Изобретение относится к технике СВЧ и может быть использовано в устройствах измерительной техники.

Известен фотонный кристалл, реализованный в виде последовательно соединенных отрезков микрополосковой линии передачи с периодически изменяющейся шириной полоски (Фотонные структуры и их использование для измерения параметров материалов. Д.А.Усанов, А.В.Скрипаль, А.В.Абрамов, А.С.Боголюбов, М.Ю.Куликов. Известия вузов. Электроника 2008, №5, с.25-32).

Недостатком данного фотонного кристалла является большой продольный размер, а также ограниченность области применения только малыми и средними уровнями мощности СВЧ-колебаний.

Эти недостатки частично устранены в фотонном кристалле в виде отрезка волновода, содержащего семислойную структуру, представляющую собой периодически чередующиеся нечетные слои, выполненные из поликора толщиной 1 мм, и четные слои, выполненные из фторопласта толщиной 44 мм (Резонансные особенности в разрешенных и запрещенных зонах сверхвысокочастотного фотонного кристалла с нарушением периодичности. Д. А. Усанов, С. А. Никитов, А. В. Скрипаль, Д. В. Пономарев. Радиотехника и электроника 2013, т.58, №11, с.1071-1076).

Недостатком данного фотонного кристалла является большой продольный размер, превышающий более чем в 4 раза длину волны СВЧ-излучения.

Наиболее близким по габаритным размерам к предлагаемому является фотонный кристалл в виде отрезка волновода, содержащего структуру из 11 слоев, представляющую собой периодически чередующиеся нечетные слои, выполненные из поликора толщиной 1 мм, и четные слои, выполненные из пенопласта толщиной 12 мм (см. патент на изобретение RU №2407114, МПК Н01Р 1/00).

Недостатком данного фотонного кристалла является большой продольный размер, превышающий более чем в 2 раза длину волны СВЧ-излучения.

Задачей настоящего изобретения является создание СВЧ фотонного кристалла с продольным размером, меньшим длины волны основного типа.

Техническим результатом является уменьшение продольного размера фотонного кристалла вдоль направления распространения электромагнитной волны до величины, меньшей длины волны основного типа.

Указанный технический результат достигается тем, что низкоразмерный волноводный фотонный кристалл выполнен в виде волновода, содержащего элементы, периодически чередующиеся в направлении распространения электромагнитного излучения, согласно решению четные элементы фотонного кристалла выполнены в виде диэлектрических слоев, полностью заполняющих поперечное сечение волновода, а нечетные элементы фотонного кристалла выполнены в виде тонких металлических пластин, частично перекрывающих сечение волновода и образующих зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине, при этом зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом расположены у одной из широких стенок волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у противоположной широкой стенки волновода, ширина всех зазоров одинакова и находится в интервале от 0,0125λ до 0,0625λ, толщина диэлектрических слоев h находится в интервале от λ/(3) до λ/(9), где - длина волны основного типа в волноводе, соответствующая середине «запрещенной» зоны фотонного кристалла, ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрических слоев.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами: на фиг.1 представлена модель фотонного кристалла, на фиг.2 - расчетные частотные зависимости коэффициента пропускания (непрерывная кривая) и отражения (пунктирная кривая) низкоразмерного фотонного кристалла с диэлектрическими слоями из фторопласта, на фиг.3 - расчетная и экспериментальная частотные зависимости коэффициента отражения низкоразмерного фотонного кристалла с диэлектрическими слоями из пенополистирола, на фиг.4 - расчетная и экспериментальная частотные зависимости коэффициента пропускания низкоразмерного фотонного кристалла с диэлектрическими слоями из пенополистирола. Позициями на фиг.1 обозначены:1 - отрезок прямоугольного волновода, 2 - верхняя стенка волновода, 3 - диэлектрические слои, 4 - нижняя стенка волновода, 5 - тонкие металлические пластины, S - величина зазора, h - толщина слоя диэлектрика.

Сущность изобретения заключается в том, что в качестве элементов волноводного СВЧ фотонного кристалла, образующих периодическую последовательность, используют диэлектрические слои, полностью заполняющие волновод по перечному сечению, и тонкие металлические пластины, частично перекрывающие сечение волновода и образующие зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине. Оригинальность предлагаемого решения заключается в том, что толщина всех слоев периодической структуры предлагаемого волноводного фотонного кристалла существенно меньше длины волны основного типа в волноводе, при этом в качестве четных слоев используются диэлектрические слои, полностью заполняющие поперечное сечение волновода, а в качестве нечетных элементов - тонкие металлические пластины, частично перекрывающие сечение волновода и образующие зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине, при этом зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом расположены у одной из широких стенок волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у противоположной широкой стенки волновода.

Низкоразмерный волноводный фотонный кристалл представляет собой отрезок волновода, который содержит элементы, периодически чередующиеся в направлении распространения электромагнитного излучения.

Четные элементы фотонного кристалла выполнены в виде диэлектрических слоев, полностью заполняющих поперечное сечение волновода. Толщина диэлектрических слоев h определяется по формуле:

,

где - длина волны основного типа в волноводе, соответствующая середине «запрещенной» зоны фотонного кристалла, ε - диэлектрическая проницаемость диэлектрика, k - численный коэффициент.

Нечетные элементы фотонного кристалла выполнены в виде тонких металлических пластин, частично перекрывающих сечение волновода и образующих зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине. Зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом расположены у верхней широкой стенки волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у нижней широкой стенки волновода. Ширина всех зазоров одинакова и находится в интервале от 0,0125λ до 0,0625λ, где - длина волны основного типа в волноводе, соответствующая середине «запрещенной» зоны фотонного кристалла.

Теоретическое обоснование достижения положительного эффекта.

Возможность значительного уменьшения размеров предложенного СВЧ фотонного кристалла по сравнению с известными волноводными СВЧ фотонными кристаллами обосновывается предложенной физической моделью, состоящей в том, что взаимодействие в предложенном устройстве осуществляется не по основному типу волны, а по высшим типам, источником которых является зазор между металлической пластиной и широкой стенкой волновода. В последующем элементе зазор между металлической пластиной и широкой стенкой волновода расположен у противоположной стенки волновода, так что напротив возбуждающихся на зазоре высших типов волн находится металлическая отражающая стенка. В результате этого создаются условия для существования резонанса на высших типах волн. Длины волн высших типов существенно меньше длины волны основного типа. Следствием этого является уменьшенный общий размер фотонного кристалла.

Справедливость предложенной модели обоснована результатами численного моделирования и проведенными измерениями. Численное моделирование осуществлялось с использованием метода конечных элементов в САПР Ansoft HFSS.

Исходя из минимального количества тонких металлических пластин равного 5, необходимых для получения в спектре волноводного ФК «разрешенной» и «запрещенной» зон, можно определить максимальную толщину hmax диэлектрических слоев волноводной фотонной структуры, продольный размер которой не превышает длину волны основного типа в волноводе λ, по формуле

hmax=λ /(m1-1),

где λ - длина волны основного типа в волноводе, m1 - количество тонких металлических пластин в структуре.

В результате численного моделирования было выявлено, что при соблюдении условий h ≤ hmax и ε ≤ 9,8, для получения в трехсантиметровом диапазоне длин волн в спектре пропускания предлагаемого волноводного фотонного кристалла «разрешенных» зон с потерями в интервале от 6% до 50% от глубины «запрещенной» зоны коэффициент k должен находиться в интервале значений от 3 до 9, а ширина зазора S - в интервале от 0,0125λ до 0,0625λ.

Пример практической реализации устройства.

Реализовывался фотонный кристалл 3-сантиметрового диапазона длин волн. Периодическая структура фотонного кристалла состояла из 9 слоев и размещалась в отрезке волновода сечением 23×10 мм. Четные слои структуры были выполнены из диэлектрика, полностью заполняющего поперечное сечение волновода. В качестве материала диэлектрика использовался пенополистирол (ε=1,02). Толщина диэлектрических слоев h составляла 3 мм. В качестве нечетных слоев фотонного кристалла использовались тонкие металлические пластины, частично перекрывающие сечение волновода и образующие зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине. Зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом располагались у верхней широкой стенки волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у нижней широкой стенки волновода. Металлические пластины изготовлены из алюминия. Толщина каждой пластины составляла 15 мкм. Минимальная величина толщины металлической пластины должна превышать толщину скин-слоя в выбранном диапазоне частот, а максимальная величина толщины металлической пластины должна быть меньше 0,001λ. Величина каждого из зазоров между металлическими пластинами и широкой стенкой волновода составляла 1 мм. Продольный размер созданного волноводного фотонного кристалла составил 12,25 мм.

Частотные зависимости коэффициентов отражения и пропускания полученной фотонной структуры измерялись в трехсантиметровом диапазоне длин волн с помощью векторного анализатора цепей AgilentPNA-LN5230A. На фиг. 2, 3 представлены расчетные и экспериментальные частотные зависимости коэффициентов отражения и пропускания созданного фотонного кристалла. Таким образом, длина волны основного типа, распространяющейся в полученном фотонном кристалле, более чем в 2 раза превысила его продольный размер.

Низкоразмерный волноводный фотонный кристалл, выполненный в виде волновода, содержащего элементы, периодически чередующиеся в направлении распространения электромагнитного излучения, отличающийся тем, что четные элементы фотонного кристалла выполнены в виде диэлектрических слоев, полностью заполняющих поперечное сечение волновода, а нечетные элементы фотонного кристалла выполнены в виде тонких металлических пластин, частично перекрывающих сечение волновода и образующих зазор между пластиной и широкой стенкой волновода по всей ее длине, при этом зазоры между нечетными металлическими пластинами и волноводом расположены у одной из широких стенок волновода, а зазоры между четными металлическими пластинами и волноводом - у противоположной широкой стенки волновода, ширина всех зазоров одинакова и находится в интервале от 0,0125λ до 0,0625λ, толщина диэлектрических слоев h находится в интервале от λ/(3) до λ/(9), где λ - длина волны основного типа в волноводе, соответствующая середине запрещенной зоны фотонного кристалла, ε - относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрических слоев.
НИЗКОРАЗМЕРНЫЙ СВЧ ФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ
НИЗКОРАЗМЕРНЫЙ СВЧ ФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ
НИЗКОРАЗМЕРНЫЙ СВЧ ФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ
НИЗКОРАЗМЕРНЫЙ СВЧ ФОТОННЫЙ КРИСТАЛЛ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 77.
10.01.2013
№216.012.1719

Способ оценки прогрессирования стадии первичной открытоугольной глаукомы

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и может быть использовано для оценки стадии прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы. Для конкретного пациента с уже установленным клиническими методами диагнозом первичная открытоугольная глаукома стадии S проводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471405
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.171a

Способ бесконтактного измерения внутриглазного давления

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для измерения внутриглазного давления. Способ заключается в том, что на глаз воздействуют пневмоимпульсом, с одновременным освещением его поверхности лазером, используя калибровочную кривую для модели глаза. Преобразуют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471406
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1896

Средство терапии раковых заболеваний

Изобретение относится к новым соединениям, соответствующим общим формулам, указанным ниже, в свободном виде либо в виде фармацевтически приемлемых солей, которые обладают противоопухолевой активностью и могут быть использованы в медицинской практике как терапевтическое средство для лечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471786
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1a8a

Цифровой генератор хаотического сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в современных, помехозащищенных и конфиденциальных системах связи, в системах защиты информации для создания шумового сигнала, в контрольно-измерительных системах для измерения частотных характеристик, а также в системах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472286
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.20eb

Способ поиска залежей нефти и газа

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске месторождений нефти и газа. Согласно заявленному способу поиска залежей углеводородов пробы образцов отбирают по определенной системе профилей и определяют в них концентрацию тяжелых металлов (Со). Далее измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473928
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.02.2013
№216.012.2801

Способ изготовления зонда для ближнеполевой сверхвысокочастотной микроскопии

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в ближнеполевой сканирующей СВЧ и оптической микроскопии. Способ изготовления стеклянного зонда с проводящей сердцевиной включает помещение в стеклянную трубку легкоплавкого металла или металлического сплава, температура...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475761
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.04.2013
№216.012.357d

Способ оценки стадии первичной открытоугольной глаукомы

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и может быть использовано для оценки стадии прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы. Осуществляют видеорегистрацию зрачковых реакций в темноте без фонового освещения глаза на световую вспышку у пациента с диагнозом:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479246
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.05.2013
№216.012.4095

Способ получения этана из газового конденсата в промысловых условиях

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано на газоконденсатных месторождениях, непосредственно на объектах подготовки газа к транспорту или на централизованных объектах по подготовке нестабильного газового конденсата к транспорту или переработке. Изобретение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482103
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.426a

Способ получения катодного материала со структурой оливина для литиевой автономной энергетики

Изобретение относится к химической технологии и используется для получения катодных материалов со структурой оливина для литиевой автономной энергетики (гибридного транспорта, электромобилей, буферных систем хранения энергии и т.д.). Способ включает смешение соли лития LiCO, оксида железа (III)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482572
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.49c0

Способ обнаружения лизина в смеси α-аминокислот

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам обнаружения биологически активного соединения - лизина, в сложных смесях. Технический результат заключается в упрощении, ускорении и удешевлении процедуры определения лизина при сохранении высоких метрологических параметров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484460
Дата охранного документа: 10.06.2013
Показаны записи 1-10 из 117.
10.01.2013
№216.012.1719

Способ оценки прогрессирования стадии первичной открытоугольной глаукомы

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и может быть использовано для оценки стадии прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы. Для конкретного пациента с уже установленным клиническими методами диагнозом первичная открытоугольная глаукома стадии S проводят...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471405
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.171a

Способ бесконтактного измерения внутриглазного давления

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано для измерения внутриглазного давления. Способ заключается в том, что на глаз воздействуют пневмоимпульсом, с одновременным освещением его поверхности лазером, используя калибровочную кривую для модели глаза. Преобразуют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471406
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1896

Средство терапии раковых заболеваний

Изобретение относится к новым соединениям, соответствующим общим формулам, указанным ниже, в свободном виде либо в виде фармацевтически приемлемых солей, которые обладают противоопухолевой активностью и могут быть использованы в медицинской практике как терапевтическое средство для лечения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471786
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.01.2013
№216.012.1a8a

Цифровой генератор хаотического сигнала

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в современных, помехозащищенных и конфиденциальных системах связи, в системах защиты информации для создания шумового сигнала, в контрольно-измерительных системах для измерения частотных характеристик, а также в системах...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002472286
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.01.2013
№216.012.20eb

Способ поиска залежей нефти и газа

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при поиске месторождений нефти и газа. Согласно заявленному способу поиска залежей углеводородов пробы образцов отбирают по определенной системе профилей и определяют в них концентрацию тяжелых металлов (Со). Далее измеряют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473928
Дата охранного документа: 27.01.2013
20.02.2013
№216.012.2801

Способ изготовления зонда для ближнеполевой сверхвысокочастотной микроскопии

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в ближнеполевой сканирующей СВЧ и оптической микроскопии. Способ изготовления стеклянного зонда с проводящей сердцевиной включает помещение в стеклянную трубку легкоплавкого металла или металлического сплава, температура...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475761
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.04.2013
№216.012.357d

Способ оценки стадии первичной открытоугольной глаукомы

Изобретение относится к медицине, в частности к офтальмологии, и может быть использовано для оценки стадии прогрессирования первичной открытоугольной глаукомы. Осуществляют видеорегистрацию зрачковых реакций в темноте без фонового освещения глаза на световую вспышку у пациента с диагнозом:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002479246
Дата охранного документа: 20.04.2013
20.05.2013
№216.012.4095

Способ получения этана из газового конденсата в промысловых условиях

Изобретение относится к газовой промышленности и может быть использовано на газоконденсатных месторождениях, непосредственно на объектах подготовки газа к транспорту или на централизованных объектах по подготовке нестабильного газового конденсата к транспорту или переработке. Изобретение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482103
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.05.2013
№216.012.426a

Способ получения катодного материала со структурой оливина для литиевой автономной энергетики

Изобретение относится к химической технологии и используется для получения катодных материалов со структурой оливина для литиевой автономной энергетики (гибридного транспорта, электромобилей, буферных систем хранения энергии и т.д.). Способ включает смешение соли лития LiCO, оксида железа (III)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482572
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.49c0

Способ обнаружения лизина в смеси α-аминокислот

Изобретение относится к аналитической химии, а именно к способам обнаружения биологически активного соединения - лизина, в сложных смесях. Технический результат заключается в упрощении, ускорении и удешевлении процедуры определения лизина при сохранении высоких метрологических параметров...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484460
Дата охранного документа: 10.06.2013
+ добавить свой РИД