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Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 3641 (2023) Citer cet article

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Dans ce travail, une métasurface multi-résonante qui peut être adaptée pour absorber les micro-ondes à une ou plusieurs fréquences est explorée. Les formes de surface basées sur un motif « d'ancrage », incorporant des éléments résonants de forme hexagonale, carrée et triangulaire, se révèlent facilement adaptables pour fournir une gamme ciblée de réponses micro-ondes. Une métasurface constituée d'une couche de cuivre gravée, espacée au-dessus d'un plan de masse par un diélectrique mince (< 1/10ème de longueur d'onde) à faible perte, est caractérisée expérimentalement. Les résonances fondamentales de chaque élément façonné sont présentées à 4,1 GHz (triangulaire), 6,1 GHz (carré) et 10,1 GHz (hexagonal), offrant un potentiel d'absorption monofréquence et multifréquence sur une plage intéressante pour l'industrie alimentaire. . Les mesures de réflectivité de la métasurface démontrent que les trois modes d'absorption fondamentaux sont largement indépendants de la polarisation incidente ainsi que des angles d'azimut et d'élévation.

L'utilisation de métamatériaux comme absorbeurs de radiofréquences (RF) a intéressé de nombreux chercheurs1,2,3,4,5,6. La grande majorité des structures étudiées reposent sur la disposition périodique de cellules unitaires aux dimensions prédéfinies. Ces métamatériaux périodiques (mieux appelés « métasurfaces ») ont un large éventail d'applications potentielles, notamment la réduction de la section efficace radar (RCS)3, la détection1,4 et la conception de cellules solaires1,5.

L’un des exemples les plus simples d’un tel absorbeur est illustré par les travaux de 2004 de certains des auteurs actuels7. Au cours de leur enquête, une structure constituée d'un ensemble de fines bandes métalliques séparées d'un plan de masse par un mince noyau diélectrique s'est révélée être un absorbeur à bande étroite très efficace. Les fréquences de résonance de la structure étaient simplement déterminées par la largeur des bandes métalliques, leur séparation du plan de masse, l'espace entre les bandes, ainsi que la permittivité relative et l'épaisseur du noyau diélectrique. Au cours des expériences, ils ont démontré une forte bande d’absorption à environ 7 GHz dans une structure de moins de 400 μm d’épaisseur (environ 100 fois plus petite que la longueur d’onde).

Au cours des années suivantes, ces absorbeurs simples ont été adaptés en utilisant une gamme de modèles et de structures périodiques différents8,9,10,11,12. Une grande partie du travail s’est concentrée sur l’ajout de résonances supplémentaires ou sur l’élargissement de la bande passante. Ces approches comprenaient l’utilisation de structures multicouches13, de cellules unitaires multi-résonantes14,15,16, de géométries fractales17,18,19, de motifs non périodiques20,21,22,23 et de matériaux magnétiques24. L'utilisation de structures multicouches offre une méthode extrêmement efficace pour élargir la bande passante d'absorption. Cependant, l'élargissement des modes se fait au prix d'une augmentation de l'épaisseur totale de l'absorbeur, ce qui peut s'avérer indésirable pour certaines applications. Les métasurfaces en couches nécessitent également souvent un alignement précis des couches, ce qui ajoute de la complexité à la fabrication des dispositifs. Une autre approche pour élargir la bande d’absorption consiste à créer une cellule unitaire avec plusieurs structures résonantes qui fonctionnent sur des bandes de fréquences voisines – et peut-être se chevauchant.

Récemment, plusieurs métasurfaces aux résonances rapprochées ont été proposées25. Ces structures sont intéressantes en raison des applications qui peuvent nécessiter un couplage sélectif à des modes résonants discrets. Une gamme de structures complexes ont été proposées, soit comme absorbeurs de métasurfaces, soit comme surfaces sélectives en fréquence (FSS)26,27,28,29,30,31,32. Lors de la conception d'une métasurface, pour la majorité des applications, le contrôle de la polarisation et la stabilité angulaire sont des caractéristiques clés. Pour satisfaire ces critères, les structures hexagonales sont souvent explorées, car elles offrent le plus haut niveau de symétrie bidimensionnelle.

Dans cet article, en nous appuyant sur l'idée de modes de résonance étroitement séparés, nous étudions les propriétés de résonance de nouveaux motifs en forme d'ancre avec trois modes de résonance localisés. Les motifs se trouvent au-dessus d'un plan de masse qui peut être simplement pavé, créant des structures absorbant les RF similaires à celles de référence7. En général, il existe quatre types de base de groupes d'éléments résonateurs qui ont été classés en 3 : N-pôles (Groupe-1), formes coupées (Groupe-2), formes solides (Groupe-3) et une combinaison des autres ( Groupe-4). Les modèles en forme d'ancre explorés dans ce travail sont classés comme résonateurs du groupe 1. Le but de cette recherche était d'identifier une métasurface qui prend en charge simultanément plusieurs résonances localisées angulairement indépendantes, permettant une fonctionnalité multifréquence, mais avec la possibilité de désactiver une ou plusieurs bandes par des modifications mineures du motif avec un effet minimal sur les performances des bandes restantes. .