УСИЛЕННЫЕ ФЕРРИТОМ МЕТАМАТЕРИАЛЫ Российский патент 2019 года по МПК H01Q1/00 

Область техники

Настоящее изобретение в целом относится к метаматериалам. Более конкретно, настоящее изобретение относится к способу и устройству для регулировки резонанса структуры метаматериала посредством использования настраиваемого элемента, связанного со структурой метаматериала.

Уровень техники

Метаматериал может представлять собой искусственный композиционный материал, разработанный так, чтобы обладать свойствами, которые не могут в настоящее время быть обнаружены в природе. Структура метаматериала может быть упорядоченной структурой множества отдельных ячеек метаматериала, выполненных из обычных материалов. Эти обычные материалы могут включать, не ограничиваясь этим, металлы, металлические сплавы, пластмассовые материалы и другие типы материалов.

Показатель преломления для ячейки метаматериала определяется диэлектрической проницаемостью и магнитной проницаемостью ячейки метаматериала. Показатель преломления определяет, как электромагнитная волна, проходящая через ячейку метаматериала, искривлена или преломлена. Метаматериал с отрицательным показателем преломления представляет собой метаматериал, обеспечивающий отрицательный показатель преломления в определенном частотном диапазоне, который обычно определен резонансом метаматериала. Этот частотный диапазон обычно представляет собой полосу частот с центром на резонансной частоте метаматериала или вблизи нее. Частотный диапазон, в котором отрицательный показатель преломления обеспечен структурой метаматериала, может зависеть от различных факторов, включая ориентацию, размер, форму и порядок расположения ячеек метаматериала, образующих структуру метаматериала.

Структура метаматериала может иметь форму двумерной или трехмерной периодической структуры из саморезонансных ячеек метаматериала, каждая из которых обычно выполнена саморезонансной в пределах одного и того же частотного диапазона, который может быть ограниченным или узким частотным диапазоном. Совокупный эффект, обеспечиваемый этим типом структуры метаматериала, может быть использован для фокусировки электромагнитной энергии в некоторой степени подобно оптической линзе.

Хотя свойства структур метаматериала с отрицательным показателем преломления обеспечивают мощное средство направления электромагнитной энергии, эти структуры метаматериала обладают ограниченным рабочим частотным диапазоном. Увеличение диапазона частот, в котором отрицательный показатель преломления может быть обеспечен определенной структурой метаматериала, может быть полезным в определенных приложениях. Поэтому было бы желательным разработать способ и устройство, которые учитывают по меньшей мере некоторые из указанных выше проблем, а также другие возможные проблемы.

Раскрытие сущности изобретения

В одном взятом в качестве примера варианте реализации настоящего изобретения устройство содержит ячейку метаматериала и настраиваемый элемент, связанный с ячейкой метаматериала. Ячейка метаматериала обладает отрицательным показателем преломления. Настройка набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента регулирует резонанс ячейки метаматериала.

В другом взятом в качестве примера варианте реализации настоящего изобретения структура метаматериала содержит множество метаблоков. Один метаблок из множества метаблоков содержит ячейку метаматериала и настраиваемый элемент, связанный с ячейкой метаматериала. Настройка по меньшей мере одной величины из диэлектрической проницаемости или магнитной проницаемости настраиваемого элемента регулирует резонанс ячейки метаматериала. Кроме того, регулировка резонанса для по меньшей мере части множества метаблоков регулирует частотный диапазон, в котором структура метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления для фокусирования электромагнитной энергии.

Еще в одном взятом в качестве примера варианте реализации настоящего изобретения предложен способ настройки ячейки метаматериала. Может быть настроен набор электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала. Резонанс ячейки метаматериала может быть отрегулирован благодаря набору настраиваемых электромагнитных свойств. Диапазон частот, в котором ячейка метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления, может быть изменен в результате изменения резонанса ячейки метаматериала.

Признаки и функции могут быть достигнуты независимо в различных вариантах реализации настоящего изобретения или могут быть объединены в других вариантах реализации, причем более подробная информация может быть видна с учетом ссылок на последующее описание и чертежи.

Краткое описание чертежей

Новые признаки, полагаемые характерными для взятых в качестве примера вариантов реализации, сформулированы в приложенных пунктах формулы изобретения. Однако взятые в качестве примера варианты реализации, а также предпочтительный режим использования, их дополнительные цели и признаки будут лучше всего поняты с учетом ссылок на последующее подробное описание взятого в качестве примера варианта реализации настоящего изобретения при чтении его в сочетании с сопровождающими чертежами, на которых:

На фиг. 1 показан изометрический вид системы направления энергии в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 2 показан изометрический вид сверху метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 3 показан изометрический вид снизу метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 4 показан вид сбоку метаблока и настраиваемого устройства в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 5 показан вид снизу другой конфигурации для метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 6 показан изометрический вид сверху метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 7 показан изометрический вид сверху метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 8 показан вид сверху для изометрического вида сверху другой конфигурации метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 9 в виде блок-схемы показана последовательность операций настройки для ячейки метаматериала в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 10 в виде блок-схемы показана последовательность операций настройки набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала, в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 11 в виде блок-схемы показана последовательность операций настройки для набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала, в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения;

На фиг. 12 в форме блок-схемы показана последовательность операций настройки для набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала, в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения; и

На фиг. 13 в форме блок-схемы показана последовательность операций для фокусировки электромагнитной энергии в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения признают и принимают во внимание различные соображения. Например, взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения признают и принимают во внимание, что может быть желательно разработать способ и устройство, которые обеспечивают возможность адаптивной настройки резонанса ячеек метаматериала для изменения диапазона частот, в котором ячейка метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления, что обеспечивает возможность направления энергии электромагнитного поля в желательном направлении.

Взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения признают и принимают во внимание, что может быть желательно настроить резонанс ячейки метаматериала и тем самым отрегулировать частотный диапазон, в котором ячейка метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления. В частности, может быть желательно разработать способ и устройство для выполнения этой настройки без необходимости изменения физической структуры или геометрической конфигурации ячейки метаматериала.

Таким образом, взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения предлагают способ и устройство для управления ячейкой метаматериала. В одном иллюстративном примере настраиваемый элемент связан с ячейкой метаматериала, имеющей отрицательный показатель преломления. Набор электромагнитных свойств настраиваемого элемента может быть настроен для регулировки резонанса ячейки метаматериала. Направление, в котором сфокусирована энергия электромагнитного поля, проходящая через ячейку метаматериала, управляемо на основании настройки набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента. Набор электромагнитных свойств настраиваемого элемента может содержать, например, диэлектрическую проницаемость, магнитную проницаемость, или и то и другое.

Множество ячеек метаматериала, образующих структуру метаматериала, может быть настроено так, как описано выше, для обеспечения совокупного эффекта в виде отрицательного показателя преломления, что обеспечивает возможность фокусировки энергии электромагнитного поля в желательном направлении. Направление, в котором сфокусирована энергия электромагнитного поля, может быть легко изменено посредством регулировки резонанса одной или большего количества ячеек метаматериала из множества ячеек метаматериала.

В различных иллюстративных примерах основные термины "отрегулировать", "изменить" и "настроить" и различные производные от этих основных терминов могут быть использованы взаимозаменяемо. Другими словами, настройка резонанса может означать то же самое, что регулировка резонанса или изменение резонанса. Точно так же настройка электромагнитного свойства может означать то же самое, что изменение или наладка электромагнитного свойства.

Обратимся теперь к фигурам чертежей и, в частности, к фиг. 1, где показан изометрический вид системы направления энергии в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере система 100 направления энергии может быть использована для направления и фокусировки энергии электромагнитного поля.

Как показано на чертежах, система 100 направления энергии содержит структуру 102 метаматериала. Структура 102 метаматериала состоит из множества метаблоков 104. В этом иллюстративном примере множество метаблоков 104 может быть размещено с образованием сетки. Например, без ограничения, первая часть множества метаблоков 104 размещена по существу параллельно первой оси 106 и может быть выполнена с возможностью получения энергии электромагнитного поля, распространяющейся в направлении, по существу параллельном оси 106. Вторая часть множества метаблоков 104 размещена по существу параллельно второй оси 108 и может быть выполнена с возможностью получения энергии электромагнитного поля, распространяющейся в направлении, по существу параллельном оси 108. В этом иллюстративном примере вторая ось 108 и первая ось 106 перпендикулярны друг другу.

Структура 102 метаматериала может быть использована для направления и фокусировки энергии 110 электромагнитного поля. В частности, структура 102 метаматериала может быть использована для контроля пути 112 распространения энергии 110 электромагнитного поля, которая проходит через структуру 102 метаматериала. Например, структура 102 метаматериала может быть использована для фокусировки энергии 110 электромагнитного поля в желательном направлении. Другими словами, структура 102 метаматериала может быть использована для образования сфокусированной энергии 114 электромагнитного поля, направленной к определенной точке 116 в пространстве.

Система 100 направления энергии может работать в отражательном режиме, режиме пропускания или в обоих режимах. В режиме пропускания энергия 110 электромагнитного поля проходит через структуру 102 метаматериала и может быть сфокусирована структурой 102 метаматериала по направлению к определенной точке 116, что в некоторой степени похоже на работу линзы пропускания. Структура 102 метаматериала выполнена с обеспечением возможности прохождения энергии 110 электромагнитного поля через структуру 102 метаматериала с уменьшенными потерями.

В отражательном режиме структуру 102 метаматериала используют для отражения энергии 110 электромагнитного поля в определенном направлении и она способна сфокусировать пучок энергии 110 электромагнитного поля по направлению к определенной точке в пространстве, что в некоторой степени похоже на работу отражательной линзы. Структура 102 метаматериала выполнена с возможностью предотвращения прохождения энергии 110 электромагнитного поля через структуру 102 метаматериала.

В одном иллюстративном примере структура 102 метаматериала содержит множество метаблоков 104. Метаблок 118 может быть примером одного метаблока из множества метаблоков 104. В этом иллюстративном примере каждый другой метаблок из множества метаблоков 104 реализован способом, аналогичным метаблоку 118. Однако в других иллюстративных примерах один или большее количество других метаблоков из множества метаблоков 104 могут быть реализованы отлично от метаблока 118.

Каждый метаблок из множества метаблоков 104 может содержать ячейки метаматериала и настраиваемый элемент. В частности, ячейка метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления для энергии 110 электромагнитного поля, что происходит в пределах конкретного частотного диапазона. При выходе частоты энергии 110 электромагнитного поля за пределы конкретного частотного диапазона, энергия 110 электромагнитного поля может быть рассеяна структурой 102 метаматериала. Этот тип эффекта рассеяния может быть использован для отфильтровывания нежелательных частот энергии 110 электромагнитного поля, проходящей через структуру 102 метаматериала.

Отрицательный показатель преломления, обеспечиваемый каждым метаблоком из множества метаблоков 104, может оказывать совокупное влияние. Этот совокупный эффект может также быть назван совокупным эффектом отрицательного показателя преломления. Совокупный эффект отрицательного показателя преломления, обеспечиваемого каждым метаблоком из множества метаблоков 104, управляет формой импульса энергии 110 электромагнитного поля, распространяющегося через структуру 102 метаматериала так, что энергия 110 электромагнитного поля может быть сфокусирована в точке 116 в пространстве.

Каждый метаблок из множества метаблоков 104 может быть настроен для регулировки или изменения отклика в виде отрицательного показателя преломления, выработанного ячейкой метаматериала этого метаблока. Отдельные метаблоки или группы метаблоков из множества метаблоков 104 могут быть настроены для выработки совокупного эффекта, который фокусирует энергию 110 электромагнитного поля в желательном направлении.

В одном иллюстративном примере настройка метаблока, например, метаблока 118, включает настройку набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента метаблока 118. Набор электромагнитных свойств может содержать одно или большее количество электромагнитных свойств. В одном иллюстративном примере набор электромагнитных свойств может содержать диэлектрическую проницаемость, магнитную проницаемость или и то и другое.

Настройка диэлектрической проницаемости, магнитной проницаемости или и того и другого для настраиваемого элемента метаблока 118 регулирует резонанс ячейки метаматериала метаблока 118. Изменение резонанса ячейки метаматериала приводит к изменению частотного диапазона, в котором отрицательный показатель преломления обеспечен метаблоком 118.

Обратимся теперь к фиг. 2, на которой изометрический вид сверху метаблока показан в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере метаблок 200 может представлять собой пример одного варианта реализации для любого метаблока из множества метаблоков 104 на фиг. 1. В одном иллюстративном примере метаблок 200 может представлять собой пример одного способа, посредством которого может быть реализован метаблок 118 на фиг. 1.

Как показано на чертежах, метаблок 200 содержит ячейку 201 метаматериала и настраиваемый элемент 202. Ячейка 201 метаматериала может содержать основание 203, магнитный резонатор 204 и проводящую структуру 206.

Основание 203, магнитный резонатор 204 и проводящая структура 206.

Основание 203 может быть выполнено из любого материала или комбинации материалов, которые проницаемы для электромагнитного поля, обладающего собственной частотой ячейки 201 метаматериала. В одном иллюстративном примере основание 203 принимает форму диэлектрической подложки.

Как показано, магнитный резонатор 204 и проводящая структура 206 расположены на стороне 210 и стороне 212, соответственно, основания 203. Магнитный резонатор 204 может быть выполнен разными способами. В одном иллюстративном примере магнитный резонатор 204 принимает форму резонатора 214 в виде двойного разомкнутого кольца. В других иллюстративных примерах магнитный резонатор 204 может принимать форму некоторого другого типа устройства, вырабатывающего отрицательный показатель преломления для энергии электромагнитного поля в пределах заданного частотного диапазона. Например, без ограничения, магнитный резонатор 204 может принять форму резонатора в виде одного разомкнутого кольца, конденсатора в виде швейцарского рулета, массива металлических цилиндров, емкостного массива листов, намотанных на цилиндры, некоторой комбинации этого, или некоторого другого типа устройства.

Как показано, при магнитном резонаторе 204 в виде двойного разомкнутого кольца 214 магнитный резонатор 204 содержит внешнее разомкнутое кольцо 216 и внутреннее разомкнутое кольцо 218, которые представляют собой концентрические разомкнутые кольца. Другими словами, двойной резонатор в виде разомкнутого кольца 214 содержит множество разрезов 220. Внешнее разомкнутое кольцо 216 и внутреннее разомкнутое кольцо 218 могут быть вытравлены или сформированы на стороне 210 основания 203. Внешнее разомкнутое кольцо 216 и внутреннее разомкнутое кольцо 218 воздействуют на энергию электромагнитного поля, которая проходит через метаблок 200, или управляют ею.

Проводящая структура 206 размещена в связи с магнитным резонатором 204. Проводящая структура 206 может быть выполнена электрически проводящей. В этом иллюстративном примере проводящая структура 206 принимает форму электрически проводящего штыря или стержня. В частности, проводящая структура 206 может принимать форму металлического штыря. Однако, в других иллюстративных примерах проводящая структура 206 может быть выполнена посредством использования части проводящего провода, проводящей пластины или некоторого другого типа электрически проводящего элемента.

Настраиваемый элемент 202 связан с ячейкой 201 метаматериала. Настраиваемый элемент 202 может быть реализован различными способами так, что настраиваемый элемент 202 по-разному связан с ячейкой 201 метаматериала. В этом иллюстративном примере настраиваемый элемент 202 связан с проводящей структурой 206.

При использовании здесь «связь» одного компонента с другим компонентом означает, что эти два компонента физически связаны друг с другом. Например, можно полагать, что первый компонент, например, настраиваемый элемент 202, связан со вторым компонентом, например, с проводящей структурой 206, посредством по меньшей мере одного из следующего: прикрепление ко второму компоненту, склеивание со вторым компонентом, монтирование на втором компоненте, приваривание ко второму компоненту, скрепление со вторым компонентом, размещение на втором компоненте, расположение на втором компоненте или соединение со вторым компонентом некоторым другим подходящим образом. Первый компонент также может быть связан со вторым компонентом посредством косвенного использования третьего компонента. Далее, первый компонент, как можно полагать, связан со вторым компонентом посредством формирования в виде части второго компонента, расширения второго компонента, или посредством и того и другого.

При использовании здесь выражение "по меньшей мере один из" при его использовании в связи со списком элементов означает, что могут быть использованы различные комбинации из одного или большего количества перечисленных элементов, и только один из элементов в списке может быть необходим. Этот элемент может быть определенным объектом, вещью, шагом, операцией, последовательность операций или категорией. Другими словами, "по меньшей мере один из" означает, что может быть использована любая комбинацию элементов или любое количество элементов из списка, но не все элементы в списке могут быть нужны.

Например, без ограничения, "по меньшей мере один из элемента А, элемента В или элемента С" или "по меньшей мере один из элемента А, элемента В и элемента С" может означать элемент А; элемент А и элемент В; элемент В; элемент А, элемент В, и элемент С; или элемент В и элемент С. В некоторых случаях "по меньшей мере один из элемента А, элемента В или элемента С" или "по меньшей мере один из элемента А, элемента В и элемента С" может означать, не ограничиваясь этим, два элемента А, один элемент В и десять элементов С; четыре элемента В и семь элементов С или некоторую другую подходящую комбинацию.

В одном иллюстративном примере настраиваемый элемент 202 выполнен из ферромагнитного материала, размещенного на части проводящей структуры 206. Например, без ограничения, ферромагнитный материал может быть размещен по меньшей мере на одной стороне проводящей структуры 206.

В одном иллюстративном примере ферромагнитный материал может быть внедрен в проводящую структуру 206 на стороне проводящей структуры 206, не обращенной к основанию 203. В другом иллюстративном примере ферромагнитный материал может быть осажден на проводящей структуре 206 посредством использования дополнительных последовательностей производственных операций для формирования настраиваемого элемента 202. В некоторых случаях настраиваемый элемент 202 может быть выполнен в форме одного или большего количества слоев ферромагнитного материала, которые были накрашены на стороне проводящей структуры 206, не обращенной к основанию 203.

Магнитная проницаемость настраиваемого элемента 202 может быть настроена для регулировки резонанса ячейки 201 метаматериала. Например, настраивающее устройство 222 может быть использовано для изменения магнитной проницаемости настраиваемого элемента 202.

В этом иллюстративном примере настраивающее устройство 222 содержит магнитное устройство 224, имеющее первый конец 226 и второй конец 228. В других иллюстративных примерах настраивающее устройство 222 может быть реализовано посредством использования более одного магнитного устройства.

Магнитное устройство 224 может быть внешним к метаблоку 200 и может быть использовано для приложения магнитного поля к настраиваемому элементу 202. Приложение магнитного поля к настраиваемому элементу 202 может воздействовать на магнитную проницаемость настраиваемого элемента 202, что может, в свою очередь, изменить резонанс ячейки 201 метаматериала.

Например, без ограничения, величина или уровень магнитного поля, приложенного к настраиваемому элементу 202, могут быть отрегулированы для изменения, тем самым, магнитной проницаемости настраиваемого элемента 202. Изменение магнитной проницаемости настраиваемого элемента 202 приводит к изменению резонанса ячейки 201 метаматериала, что, в свою очередь, изменяет частотный диапазон, в котором ячейка 201 метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления.

Обратимся теперь к фиг. 3, на которой показан изометрический вид снизу метаблока 200 по фиг. 2 в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере сторона 212 основания 203 может быть более ясно видна.

Обратимся теперь к фиг. 4, на которой показан вид сбоку метаблока 200 и настраивающего устройства 222 по фиг. 2-3 в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере настраивающее устройство 222 использовано для приложения магнитного поля 400 к настраиваемому элементу 202. Магнитным полем 400 можно управлять посредством настраивающего устройства 222 для изменения магнитной проницаемости настраиваемого элемента 202 и, тем самым, изменения резонанса ячейки 201 метаматериала из метаблока 200.

В качестве одного иллюстративного примера отметим, что при увеличении интенсивности магнитного поля 400 магнитные диполи внутри настраиваемого элемента 202 могут быть ориентированы. Эта ориентация способна увеличить эффективный магнитный поток через магнитный резонатор 204 и сдвинуть резонанс ячейки 201 метаматериала, понизив, таким образом, частоты энергии электромагнитного поля, для которой обеспечен отрицательный показатель преломления.

Обратимся теперь к фиг. 5, на которой показан вид снизу другой конфигурации для метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере метаблок 500 может быть другим вариантом реализации для по меньшей мере одного из множества метаблоков 104 на фиг. 1. В частности, метаблок 500 может быть другим вариантом реализации для метаблока 118 на фиг. 1.

Как показано, метаблок 500 содержит ячейки 501 метаматериала и настраиваемый элемент 502. Ячейка 501 метаматериала может быть выполнена в манере, подобной ячейке 201 метаматериала на фиг. 2-4.

Как показано, ячейка 501 метаматериала содержит основание 503, имеющее первую сторону 505 и вторую сторону 504. Первая сторона 505 показана в фантомном виде в этом иллюстративном примере.

Ячейка 501 метаматериала, кроме того, содержит магнитный резонатор 506, который показан в фантомном виде и размещен на первой стороне 505. Ячейка 501 метаматериала также содержит проводящую структуру 508. Проводящая структура 508 связана со второй стороной 504 основания 503. В этом иллюстративном примере проводящая структура 508 может быть выполнена отличной от проводящей структуры 206 по фиг. 2-4.

В этом иллюстративном примере проводящая структура 508 содержит первый проводник 510 и второй проводник 512, оба из которых выполнены электрически проводящими. Первый проводник 510 и второй проводник 512 принимают форму первого электрода и второго электрода, соответственно, которые размещены на второй стороне 504 основания 503. В одном иллюстративном примере первый проводник 510 и второй проводник 512 могут быть трехмерно напечатаны на основании 503.

Настраиваемый элемент 502 реализован по-другому в метаблоке 500 по сравнению с настраиваемым элементом 202 в метаблоке 200 на фиг. 2-4. В этом иллюстративном примере настраиваемый элемент 502 принимает форму смеси текучей среды, размещенной между первым проводником 510 и вторым проводником 512. В этом иллюстративном примере смесь текучей среды может быть удержана в емкости 514, образованной между основанием 503, первым проводником 510, вторым проводником 512 и покрытием 515. В этом иллюстративном примере покрытие 515 может принять форму листа прозрачной пластмассы.

В некоторых иллюстративных примерах емкость 514 может принимать форму канала или полости, которые образованы внутри основания 503 для удержания смеси текучей среды, образующей настраиваемый элемент 502. В некоторых случаях смесь текучей среды может быть удержана в пластмассовой коробке, коробке, выполненной из диэлектрического материала, или в некотором другом типе структуры, размещенной между первым проводником 510 и вторым проводником 512.

В этом иллюстративном примере смесь текучей среды, образующая настраиваемый элемент 502, содержит множество жидких кристаллов 516. При таком подходе емкость 514 заполнена множеством жидких кристаллов 516. Множество жидких кристаллов 516 может неотъемлемо иметь анизотропную геометрию. Другими словами, каждая жидкокристаллическая молекула множества жидких кристаллов 516 может иметь геометрию, зависящую от направления. Например, без ограничения, каждый жидкий кристалл из множества жидких кристаллов 516 может иметь форму стержня, форму сигары, сплющенную форму или некоторый другой тип удлиненной формы.

Настройка диэлектрической проницаемости множества жидких кристаллов 516 изменяет резонанс ячейки 501 метаматериала. Диэлектрическая проницаемость множества жидких кристаллов 516 может быть изменена посредством приложения электрического поля ко множеству жидких кристаллов 516, при использовании настраивающего устройства (не показано). Приложение электрического поля ко множеству жидких кристаллов 516 может изменить диэлектрическую проницаемость множества жидких кристаллов 516, что способно, таким образом, изменить резонанс ячейки 501 метаматериала.

Обратимся теперь к фиг. 6, на которой показан изометрический вид сверху метаблока 500 по фиг. 5 в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере может быть более ясно видна первая сторона 505. Как показано, магнитный резонатор 506 расположен на первой стороне 505 основания 503.

Магнитный резонатор 506 содержит внешнее разомкнутое кольцо 600 и внутреннее разомкнутое кольцо 602, которые выполнены концентрическими. Таким образом, магнитный резонатор 506 принимает форму резонатора 604 в виде двойного разомкнутого кольца.

В этом иллюстративном примере множество жидких кристаллов 516, образующих настраиваемый элемент 502, удержано в пределах емкости 514, образованной между основой 503, первым проводником 510, вторым проводником 512 и покрытием 515. Первый проводник 510, второй проводник 512 и покрытие 515 могут быть по существу выполнены заподлицо со второй стороной 504 основания 503 в том смысле, что первый проводник 510, второй проводник 512 и покрытие 515 не выступают или вытянуты за пределы второй стороны 504. В некоторых случаях можно полагать, что емкость 514 выполнена в виде канала внутри основания 503.

Настраивающее устройство 606 может быть использовано для приложения электрического поля к настраиваемому элементу 502. В этом иллюстративном примере настраивающее устройство 606 принимает форму источника переменного напряжения с токовым смещением, которым можно управлять для выработки напряжения, которое может быть переменным. В других иллюстративных примерах настраивающее устройство 606 может принимать форму некоторого другого типа управляемого источника напряжения.

В этом иллюстративном примере настраивающее устройство 606 связано с первым проводником 510 посредством линии 608 и связано со вторым проводником 512 посредством линии 610. Настраивающее устройство 606 может быть использовано для приложения напряжения к первому проводнику 510 и второму проводнику 512, что может создать разность потенциалов между первым проводником 510 и вторым проводником 512. Эта разность потенциалов приводит к приложению электрического поля ко множеству жидких кристаллов 516, образующему настраиваемый элемент 502. Изменение напряжения, приложенного к первому проводнику 510 и второму проводнику 512, может изменить величину или уровень электрического поля, прилагаемого ко множеству жидких кристаллов 516.

Приложение электрического поля к множеству жидких кристаллов 516 воздействует на диэлектрическую проницаемость множества жидких кристаллов 516. Таким образом, изменение напряжения, прилагаемого к первому проводнику 510 и второму проводнику 512, изменяет диэлектрическую проницаемость множества жидких кристаллов 516, изменяя, таким образом, резонанс ячейки 501 метаматериала.

Обратимся теперь к фиг. 7, на которой показан изометрический вид сверху метаблока 500 по фиг. 5-6, содержащего емкость 514, размещенную за пределами основания 503, в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере емкость 514 расположена на второй стороне 504 основания 503 и прикреплен к ней. Первый проводник 510 и второй проводник 512 выступают из второй стороны 504 основания 503.

Обратимся теперь к фиг. 8, на которой показан изометрический вид сверху другой конфигурации метаблока в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. В этом иллюстративном примере метаблок 800 может быть другим вариантом реализации для по меньшей мере одного метаблока из множества метаблоков 104 по фиг. 1, включая, помимо прочего, метаблок 118 по фиг. 1.

Как показано, метаблок 800 содержит ячейки 801 метаматериала и настраиваемый элемент 802. Ячейка 801 метаматериала может быть выполнена способом, подобным ячейке 201 метаматериала на фиг. 2-4 и ячейке 501 метаматериала на фиг. 5-7.

Ячейка 801 метаматериала содержит основание 803, имеющего первую сторону 804 и вторую сторону 806. Ячейка 801 метаматериала, кроме того, содержит магнитный резонатор 808. Магнитный резонатор 808 может, без ограничения, принимать, например, форму резонатора в виде двойного разомкнутого кольца. Кроме того, ячейка 801 метаматериала содержит проводящую структуру 810. Проводящая структура 810 содержит проводящий стержень 811, первый электрод 812 и второй электрод 814.

В этом иллюстративном примере настраиваемый элемент 802 имеет форму смеси 815 текучей среды. Смесь 815 текучей среды размещена между первым электродом 812 и вторым электродом 814. Смесь 815 текучей среды удержана внутри емкости 816, образованной между первым электродом 812 и вторым электродом 814.

Смесь 815 текучей среды содержит множество жидких кристаллов 818 и множество магнитных наночастиц 820. Множество магнитных наночастиц 820 может быть диспергировано среди множества жидких кристаллов 818.

Множество магнитных наночастиц 820 принадлежит к классу наночастиц, которыми можно управлять посредством использования градиентов магнитного поля. Магнитная наночастица из множества магнитных наночастиц 820 может содержать по меньшей мере один материал из железа, никеля, кобальта, некоторого другого типа магнитного элемента, или химического соединения, содержащего по меньшей мере один материал из железа, никеля, кобальта, ферромагнитного материала или некоторого другого типа магнитного элемента. В некоторых иллюстративных примерах наночастицы могут содержать кварцевое или полимерное защитное покрытие, защищающее от химической или электрохимической коррозии.

В одном иллюстративном примере множество магнитных наночастиц 820 принимает форму множества ферромагнитных наночастиц. Эти ферромагнитные наночастицы могут принять форму множества наноферритных частиц. Кроме того, такие наночастицы могут представлять собой наноферритные частицы, частицы феррита бария или другие подходящие ферритовые материалы.

Электрическое поле может быть приложено к множеству жидких кристаллов 818 для изменения диэлектрической проницаемости множества жидких кристаллов 818. Например, без ограничения, настраивающее устройство 606 по фиг. 6 может быть использовано для приложения напряжения к первому электроду 812 через линию 608 и второму электроду 814 через линию 610. Приложение напряжения к первому электроду 812 и второму электроду 814 создает разность потенциалов между этими электродами и, таким образом, электрическое поле в смеси 815 текучей среды. Напряжением можно управлять и изменять его посредством настраивающего устройства 606. Изменение напряжения, прилагаемого к первому электроду 812 и ко второму электроду 814, изменяет разность потенциалов между этими электродами, что изменяет величину электрического поля, приложенного в смеси 815 текучей среды, что, таким образом, изменяет диэлектрическую проницаемость множества жидких кристаллов 818.

Кроме того, приложение электрического поля ко множеству жидких кристаллов 818 вызывает изменение первой ориентации множества жидких кристаллов 818. Изменение первой ориентации множества жидких кристаллов 818 может вызвать соответствующее изменение второй ориентации множества магнитных наночастиц 820. Изменение второй ориентации множества магнитных наночастиц 820 может изменить магнитную проницаемость множества магнитных наночастиц 820.

Изменение диэлектрической проницаемости множества жидких кристаллов 818 и изменение магнитной проницаемости множества магнитных наночастиц 820 вместе вызывают изменение резонанса ячейки 801 метаматериала. Таким образом, резонанс ячейки 801 метаматериала может быть настроен в соответствии с потребностями.

В некоторых случаях ферромагнитный материал (не показан) может быть расположен на проводящем штыре 811. Внешнее магнитное устройство, например, магнитное устройство 224 на фиг. 2, может быть использовано для приложения магнитного поля к ферромагнитному материалу, что изменяет магнитную проницаемость ферромагнитного материала, что, в свою очередь, изменяет резонанс ячейки 801 метаматериала. В некоторых случаях магнитное поле может также влиять на магнитную проницаемость множества магнитных наночастиц 820.

Может быть отрегулировано отношение множества магнитных наночастиц 820 ко множеству жидких кристаллов 818 в смеси 815 текучей среды. Например, отношение множества магнитных наночастиц 820 ко множеству жидких кристаллов 818 может быть выбрано таким образом, что смесь 815 текучей среды поддерживает вязкость текучей среды и имеет желательную величину потока. В одном иллюстративном примере смесь 815 текучей среды может иметь отношение 1:1 по весу множества магнитных наночастиц 820 ко множеству жидких кристаллов 818. В другом иллюстративном примере смесь 815 текучей среды может иметь отношение множества магнитных наночастиц 820 ко множеству жидких кристаллов 818, составляющее величину между 1:1 и 10:1.

Как показано на фиг. 1-8, резонанс ячейки метаматериала может быть изменен различными способами, посредством настройки диэлектрической проницаемости, магнитной проницаемости, или и того и другого для настраивающего элемента, связанного с ячейкой метаматериала. Последовательность операций адаптивной настройки резонанса ячейки метаматериала посредством использования настраиваемого элемента может быть повторен для одного или большего количества метаблоков из, например, множества метаблоков 104 на фиг. 1. Таким образом совокупное влияние, оказываемое множеством метаблоков 104 в структуре 102 метаматериала, может быть приспособлено с учетом индивидуальных потребностей для задаваемого частотного диапазона энергии 110 электромагнитного поля.

Иллюстрации системы 100 направления энергии на фиг. 1, метаблока 200 на фиг. 2-4, метаблока 500 на фиг. 5-7 и метаблока 800 на фиг. 8 не предназначены для наложения физических или архитектурных ограничений на способ, посредством которого может быть выполнен иллюстративный вариант реализации. Могут быть использованы другие компоненты в дополнение к показанным или вместо них. Некоторые компоненты могут быть не обязательными.

В некоторых иллюстративных примерах проводящая структура 810 на фиг. 8 может содержать проводящий штырь 811 и пару проводящих пластин вместо первого электрода 812 и второго электрода 814. В некоторых случаях метаблок 800 может быть выполнен посредством использования некоторого другого типа магнитного резонатора 808 вместо резонатора в виде двойного разомкнутого кольца. В некоторых иллюстративных примерах настраивающее устройство может содержать и магнитное устройство и управляемый источник напряжения.

Обратимся теперь к фиг. 9, на которой последовательность операций настройки для ячейки метаматериала показана в виде блок-схемы в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. Последовательность операций, показанная на фиг. 9, может быть реализована для настройки резонанса ячейки метаматериала в метаблоке, например, в одном из множества метаблоков 104 на фиг. 1.

Последовательность операций может быть начата посредством настройки набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала (операция 900). Резонанс ячейки метаматериала отрегулирован в результате настройки набора электромагнитных свойств (операция 902).

Диапазон частот, в котором ячейка метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления, изменен в результате изменения резонанса ячейки метаматериала (операция 904), после чего имеет место окончание последовательности операций. Другими словами, последовательность операций, показанная на фиг. 9, может быть использована для изменения набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала, для регулировки резонанса ячейки метаматериала и, таким образом, регулировки частотного диапазона, в котором ячейка метаматериала дает отрицательный показатель преломления.

Обратимся теперь к фиг. 10, на которой последовательность операций настройки для набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала, показана в виде блок-схемы в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. Последовательность операций, показанная на фиг. 10, может быть использована для выполнения операции 900 на фиг. 9.

Эта последовательность операций может быть начата посредством приложения электрического поля к смеси текучей среды, размещенной между первым проводником и вторым проводником, связанным с ячейкой метаматериала, в которой смесь текучей среды содержит множество жидких кристаллов (операция 1000). Операция 1000 может быть выполнена, например, посредством приложения напряжение к первому проводнику и второму проводнику для создания разности потенциалов между первым проводником и вторым проводником. Изменение приложенного напряжения изменяет образуемую разность потенциалов, что изменяет электрическое поле.

Диэлектрическая проницаемость множества жидких кристаллов изменена в ответ на электрическое поле, приложенное к смеси текучей среды (операция 1002), после чего имеет место окончание последовательности операций. Степень, с которой происходит изменение диэлектрической проницаемости для множества жидких кристаллов, определена уровнем напряжения, приложенного к первому проводнику и ко второму проводнику. Таким образом, диэлектрическая проницаемость множества жидких кристаллов может быть точно настроена посредством управления напряжением, прилагаемым к первому проводнику и ко второму проводнику.

Обратимся теперь к фиг. 11, на которой последовательность операций настройки для набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала, показана в виде блок-схемы в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. Последовательность операций, показанная на фиг. 11, может быть использована для выполнения операции 900 на фиг. 9.

Последовательность операций может быть начата посредством приложения электрического поля к смеси текучей среды, размещенной между первым проводником и вторым проводником, связанным с ячейкой метаматериала, в которой смесь текучей среды содержит множество жидких кристаллов и множество магнитных наночастиц (операция 1100). Операция 1100 может быть выполнена, например, посредством приложения напряжения к первому проводнику и ко второму проводнику, что создает разность потенциалов между первым проводником и вторым проводником. Изменение напряжения изменяет разность потенциалов, что изменяет электрическое поле.

Ориентация множества жидких кристаллов изменена в ответ на электрическое поле, прилагаемое к смеси текучей среды (операция 1102). Ориентация множества магнитных наночастиц изменена в результате изменения ориентации множества жидких кристаллов (операция 1104). Магнитная проницаемость множества магнитных наночастиц изменена в результате изменения ориентации множества магнитных наночастиц (операция 1106), после чего имеет место окончание последовательности операций.

Обратимся теперь к фиг. 12, на которой последовательность операций настройки для набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала, показана в виде блок-схемы в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. Последовательность операций, показанная на фиг. 12, может быть использована для выполнения операции 900 на фиг. 9.

Последовательность операций может быть начата посредством приложения магнитного поля к ферромагнитному материалу, связанному с проводящей структурой, которая является частью ячейки метаматериала (операция 1200). Операция 1200 может быть выполнена, например, посредством использования внешнего магнитного устройства для приложения магнитного поля. Магнитная проницаемость ферромагнитного материала изменена в ответ на магнитное поле, приложенное к ферромагнитному материалу (операция 1202), после чего имеет место окончание последовательности операций.

Обратимся теперь к фиг. 13, на которой последовательность операций для фокусировки энергии электромагнитного поля показана в виде блок-схемы в соответствии с взятым в качестве примера вариантом реализации настоящего изобретения. Последовательность операций, показанная на фиг. 13, может быть реализована посредством использования структуры 102 метаматериала по фиг. 1 для фокусировки энергии 110 электромагнитного поля.

Последовательность операций начинается посредством настройки набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала для по меньшей мере одного метаблока из множества метаблоков, которые образуют структуру метаматериала (операция 1300). Резонанс ячейки метаматериала отрегулирован для по меньшей мере одного метаблока в результате настройки (операция 1302).

Направлением, в котором сфокусирована энергия электромагнитного поля, проходящая через структуру метаматериала, управляют на основании совокупного эффекта отрицательного показателя преломления, обеспечиваемого каждым метаблоком из множества метаблоков, образующего структуру метаматериала (операция 1304), после чего имеет место окончание последовательности операций. В частности, множество метаблоков может быть использовано для фокусировки энергии электромагнитного поля в пределах определенного частотного диапазона в желательном направлении, однако, за пределами этого определенного частотного диапазона происходит рассеяние энергии электромагнитного поля.

Блок-схемы и блок-диаграммы в различных изображенных вариантах реализации иллюстрируют архитектуру, функциональные возможности и работу некоторых возможных воплощений устройств и способов во взятом в качестве примера варианте реализации настоящего изобретения. В этой связи каждый блок в блок-схемах или блок-диаграммах может представлять собой модуль, сегмент, функцию и/или часть операции или шага.

В некоторых альтернативных воплощениях взятого в качестве примера варианта реализации настоящего изобретения функция или функции, отмеченные в блоках, могут быть выполнены в порядке, отличном от указанного на фигурах. Например, в некоторых случаях два блока, показанные один за одним, могут быть выполнены по существу одновременно, или блоки могут иногда быть выполнены в обратном порядке, в зависимости от используемой функциональной особенности. Кроме того, другие блоки могут быть добавлены в дополнение к блокам, показанным на блок-схеме или блок-диаграмме.

Таким образом, взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способ и устройство для настройки резонанса ячеек метаматериала. В частности, частотная характеристика ячейки метаматериала может быть настроена посредством приложения извне магнитного поля, электрического поля или обоих полей к настраиваемому элементу, связанному с ячейкой метаматериала.

В одном иллюстративном примере ячейка метаматериала может быть настроена посредством использования ферромагнитного материала, который особым образом осажден на проводящий штырь или примешан в жидкую смесь для управления полным магнитным потоком через ячейки метаматериала. В некоторых случаях ферромагнитный материал может принимать форму множества магнитных наночастиц, которые смешаны со множеством жидких кристаллов в смеси текучей среды. В другом иллюстративном примере ячейка метаматериала может быть настроена при использовании множества жидких кристаллов посредством управления полным электрическим полем, приложенным ко множеству жидких кристаллов и, в некоторых случаях, вокруг проводящего штыря, связанного с ячейкой метаматериала.

Увеличение по меньшей мере одной величины из емкости или индуктивности ячейки метаматериала представляет собой способ, используемый для изменения резонансной частоты ячейки метаматериала. Увеличение по меньшей мере одной величины из емкости или индуктивности приводит к уменьшению резонансной частоты ячейки метаматериала. Степень, с которой могут быть изменены емкость и индуктивность, может быть ограничена размером ячейки метаматериала и физическими свойствами материала этой ячейки.

Взятые в качестве примера описанные варианты реализации настоящего изобретения могут быть использованы для облегчения экономически эффективного изготовления усиленных ферритом метаматериалов и изготовления основанных на метаматериале антенн с высоким коэффициентом усиления. Кроме того, может быть увеличена полная ширина полосы антенны, основанной на метаматериале с отрицательным показателем преломления. Взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способ настройки антенны, основанной на метаматериале с отрицательным показателем преломления, что облегчает фокусировку электромагнитных сигналов и отфильтровывание нежелательных электромагнитных сигналов на антенне, основанной на метаматериале с отрицательным показателем преломления.

Взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения обеспечивают способ и устройство, способные облегчить экономически эффективное изготовление широкополосного адаптивного согласования импедансов и сетей фильтрования. Кроме того, тип катушки с регулируемой индуктивностью, описанный во взятых в качестве примера вариантах реализации настоящего изобретениями, может улучшить общую эффективность работы радиочастотных систем и может уменьшить потребление энергии по сравнению с доступными в настоящее время элементами индуктивности.

Элемент с регулируемой индуктивностью, описанный во взятых в качестве примера вариантах реализации настоящего изобретения, может обеспечить возможность выполнения сети согласования импедансов и фильтрации меньшей и более легкой. Кроме того, этот элемент с регулируемой индуктивностью может упростить механические структуры и последовательность операций сборки, необходимые для сети согласования импедансов и фильтрации, посредством уменьшения количества требуемых компонентов цепи.

Элемент с регулируемой индуктивностью и регулируемый конденсатор, описанные во взятых в качестве примера вариантах реализации настоящего изобретениями, могут быть особенно полезными при формировании сетей цепи в различных системах, работающих на радиочастотах. Эти системы могут включать, не ограничиваясь этим, сотовые телефоны, системы спутниковой связи, телевизоры, радарные системы отображения и другие типы систем, работающие на радиочастотах.

В одном иллюстративном примере усиленная ферритом структура метаматериала с отрицательным показателем преломления может быть использована для выполнения линзовой антенны с высоким коэффициентом усиления и малым весом, направляющей радиочастотную энергию почти таким же образом, как это делает оптическая линза при фокусировке света. Усиленный ферритом метаматериал с отрицательным показателем преломления может быть настроен так, что обладает широким диапазоном частот, где имеет место желательный совокупный эффект отрицательного показателя преломления.

Далее, раскрытие содержит варианты реализации настоящего изобретения согласно следующим пунктам:

Пункт 1. Устройство, содержащее:

ячейку метаматериала, обладающую отрицательным показателем преломления; и

настраиваемый элемент, связанный с ячейкой метаматериала, причем

настройка набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента регулирует резонанс ячейки метаматериала.

Пункт 2. Устройство по пункту 1, в котором

ячейка метаматериала содержит:

магнитный резонатор и

проводящую структуру, размещенную в связи с магнитным резонатором.

Пункт 3. Устройство по пункту 2, в котором

магнитный резонатор представляет собой резонатор в виде двойного разомкнутого кольца.

Пункт 4. Устройство по пункту 2, в котором

настраиваемый элемент содержит:

ферромагнитный материал, связанный по меньшей мере с одной стороной проводящей структуры.

Пункт 5. Устройство по пункту 2, в котором

ячейка метаматериала дополнительно содержит:

основание, выполненное проницаемым для электромагнитного поля с собственной частотой ячейки метаматериала, причем

магнитный резонатор размещен на основании.

Пункт 6. Устройство по пункту 2, в котором

проводящая структура содержит:

первый проводник и

второй проводник.

Пункт 7. Устройство по пункту 6, в котором

настраиваемый элемент содержит:

множество жидких кристаллов, размещенных внутри емкости между первым проводником и вторым проводником.

Пункт 8. Устройство по пункту 1, дополнительно содержащее:

настраивающее устройство, выполненное с возможностью настройки набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента для регулировки резонанса ячейки метаматериала.

Пункт 9. Устройство по пункту 8, в котором

настраивающее устройство содержит:

магнитное устройство, прилагающее извне магнитное поле к ячейке метаматериала для регулировки магнитной проницаемости настраиваемого элемента, регулируя, таким образом, резонанс ячейки метаматериала.

Пункт 10. Устройство по пункту 8, в котором

настраивающее устройство содержит:

управляемый источник напряжения, прилагающий электрическое поле к настраиваемому элементу для регулировки диэлектрической проницаемости настраиваемого элемента, регулируя, таким образом, резонанс ячейки метаматериала.

Пункт 11. Устройство по пункту 1, в котором

набор электромагнитных свойств содержит по меньшей мере одну величину из диэлектрической проницаемости или магнитной проницаемости.

Пункт 12. Устройство по пункту 1, в котором

настраиваемый элемент содержит:

смесь текучей среды, содержащую множество жидких кристаллов и множество магнитных наночастиц, причем

настройка по меньшей мере одной величины из диэлектрической проницаемости множества жидких кристаллов или магнитной проницаемости множества магнитных наночастиц регулирует резонанс ячейки метаматериала.

Пункт 13. Устройство по пункту 1, в котором

изменение набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента регулирует резонанс ячейки метаматериала, для регулировки, таким образом, частотного диапазона, в котором ячейка метаматериала дает отрицательный показатель преломления.

Пункт 14. Устройство по пункту 1, в котором

ячейка метаматериала и настраиваемый элемент образуют метаблок, представляющий собой один из множества метаблоков, вместе образующих структуру метаматериала.

Пункт 15. Структура метаматериала, содержащая:

множество метаблоков, причем

метаблок из множества метаблоков содержит:

ячейку метаматериала и

настраиваемый элемент, связанный с ячейкой метаматериала, причем

настройка по меньшей мере одной величины из диэлектрической проницаемости или магнитной проницаемости настраиваемого элемента регулирует резонанс ячейки метаматериала; и

регулировка резонанса для, по меньшей мере, части множества метаблоков регулирует частотный диапазон, в котором структура метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления для фокусировки энергии электромагнитного поля.

Пункт 16. Способ настройки ячейки метаматериала, включающий:

настройку набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента, связанного с ячейкой метаматериала;

регулировку резонанса ячейки метаматериала в результате настройки набора электромагнитных свойств и

изменение диапазона частот, в котором ячейка метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления в результате изменения резонанса ячейки метаматериала.

Пункт 17. Способ по пункту 16, согласно которому

настройка набора электромагнитных свойств включает:

настройку диэлектрической проницаемости множества жидких кристаллов, размещенных внутри емкости, связанной с ячейкой метаматериала, для регулировки резонанса ячейки метаматериала.

Пункт 18. Способ по пункту 16, согласно которому

настройка набора электромагнитных свойств включает:

настройку магнитной проницаемости множества магнитных наночастиц, размещенных внутри емкости, связанной с ячейкой метаматериала для регулировки резонанса ячейки метаматериала.

Пункт 19. Способ по пункту 16, дополнительно включающий:

приложение извне магнитного поля к ячейке метаматериала для регулировки резонанса ячейки метаматериала.

Пункт 20. Способ по пункту 16, согласно которому

настройка набора электромагнитных свойств включает:

приложение электрического поля к смеси текучей среды, размещенной в емкости, связанной с ячейкой метаматериала, причем

смесь текучей среды содержит множество жидких кристаллов и множество магнитных наночастиц;

изменение ориентации множества жидких кристаллов в ответ на электрическое поле, приложенное к смеси текучей среды;

изменение ориентации множества магнитных наночастиц в результате изменения ориентации множества жидких кристаллов и

изменение магнитной проницаемости множества магнитных наночастиц в результате изменения ориентации множества магнитных наночастиц.

Описание различных взятых в качестве примера вариантов реализации было представлено в целях иллюстрации и описания, и не предназначено быть исчерпывающим или ограниченным раскрытыми вариантами реализации настоящего изобретениями. Много модификаций и вариаций очевидны для специалистов в данной области техники. Кроме того, различные взятые в качестве примера варианты реализации настоящего изобретения могут обеспечить различные особенности по сравнению с другими желательными вариантами реализации. Выбранные вариант или варианты реализации выбраны и описаны с целью наилучшего объяснения принципов реализации, практического применения, и обеспечения возможности специалистам в данной области техники понимать раскрытие для различных вариантов реализации с различными модификациями, подходящими для конкретного предусмотренного использования.

Изобретение относится к метаматериалам. Устройство для настройки ячейки (201, 501, 801) метаматериала, содержащее: ячейку (201, 501, 801) метаматериала, обладающую отрицательным показателем преломления, причем ячейка (201, 501, 801) метаматериала содержит: основание (203, 503, 803), магнитный резонатор (204, 506, 808), расположенный на первой стороне основания (203, 503, 803), и проводящую структуру (206, 508, 810), размещенную в связи с магнитным резонатором (204, 506, 808) и расположенную на второй стороне основания (203, 503, 803). Причем проводящая структура (206, 508, 810) содержит: первый проводник (510, 812), второй проводник (512, 814) и емкость (514, 816), образованную между первым проводником (510, 812) и вторым проводником (512, 814); и настраиваемый элемент (202, 502, 802), связанный с ячейкой (201, 501, 801) метаматериала, содержащей множество жидких кристаллов (516, 818), размещенных внутри емкости (514, 816), причем настройка набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента регулирует резонанс ячейки (201, 501, 801) метаматериала. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

1. Устройство для настройки ячейки (201, 501, 801) метаматериала, содержащее:

ячейку (201, 501, 801) метаматериала, обладающую отрицательным показателем преломления, причем ячейка (201, 501, 801) метаматериала содержит:

основание (203, 503, 803),

магнитный резонатор (204, 506, 808), расположенный на первой стороне основания (203, 503, 803), и

проводящую структуру (206, 508, 810), размещенную в связи с магнитным резонатором (204, 506, 808) и расположенную на второй стороне основания (203, 503, 803), причем проводящая структура (206, 508, 810) содержит:

первый проводник (510, 812),

второй проводник (512, 814) и

емкость (514, 816), образованную между первым проводником (510, 812) и вторым проводником (512, 814); и

настраиваемый элемент (202, 502, 802), связанный с ячейкой (201, 501, 801) метаматериала, содержащей множество жидких кристаллов (516, 818), размещенных внутри емкости (514, 816), причем

настройка набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента регулирует резонанс ячейки (201, 501, 801) метаматериала.

2. Устройство по п. 1, в котором магнитный резонатор (204, 506, 808) представляет собой резонатор в виде двойного разомкнутого кольца.

3. Устройство по п. 1, в котором дополнительный настраиваемый элемент (811), связанный с ячейкой (801) метаматериала, содержит:

ферромагнитный материал, связанный по меньшей мере с одной стороной проводящей структуры (206).

4. Устройство по п. 1, в котором основание (203, 503, 803) выполнено проницаемым для электромагнитного поля с собственной частотой ячейки (201, 501, 801) метаматериала.

5. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее:

настраивающее устройство (222, 606), выполненное с возможностью настройки набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента (202, 502, 802) для регулировки резонанса ячейки (201, 501, 801) метаматериала, причем

настраивающее устройство (222, 606) содержит одно из следующего:

магнитное устройство (224), которое извне воздействует магнитным полем (400) на ячейку (201) метаматериала для настройки магнитной проницаемости настраиваемого элемента (202), и, благодаря этому, регулировки резонанса ячейки (201) метаматериала, и

управляемый источник напряжения, который воздействует электрическим полем на настраиваемый элемент (202, 502, 802) для настройки электрической проницаемости настраиваемого элемента (202, 502, 802), и, благодаря этому, регулировки резонанса ячейки (201, 501, 801) метаматериала.

6. Устройство по п. 1, в котором настраиваемый элемент (802) содержит:

смесь (815) текучей среды, содержащую множество жидких кристаллов (818) и множество магнитных наночастиц (820), причем

настройка по меньшей мере одной величины из электрической проницаемости множества жидких кристаллов (818) или магнитной проницаемости множества магнитных наночастиц (820) регулирует резонанс ячейки (801) метаматериала.

7. Устройство по п. 1 или 2, в котором

изменение набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента (202, 502, 802) регулирует резонанс ячейки (201, 501, 801) метаматериала для регулировки тем самым частотного диапазона, в котором ячейка (201, 501, 801) метаматериала дает отрицательный показатель преломления.

8. Устройство по п. 1 или 2, в котором

ячейка (201, 501, 801) метаматериала и настраиваемый элемент (202, 502, 802) образуют метаблок (118, 200, 500, 800), представляющий собой один из множества метаблоков (104), вместе образующих структуру (102) метаматериала.

9. Способ настройки ячейки (201, 501, 801) метаматериала, содержащей: основание (203, 503, 803), магнитный резонатор (204, 506, 808), расположенный на первой стороне основания (203, 503, 803), проводящую структуру (206, 508, 810), содержащую первый проводник (510, 812), второй проводник (512, 814) и емкость (514, 816), образованную между первым проводником (510, 812) и вторым проводником (512, 814); причем проводящая структура (206, 508, 810) расположена на второй стороне основания (203, 503, 803), включающий:

настройку набора электромагнитных свойств настраиваемого элемента (202, 502, 802), который содержит множество жидких кристаллов (516, 818), размещенных внутри емкости (514, 816);

регулировку резонанса ячейки (201, 501, 801) метаматериала в результате настройки набора электромагнитных свойств и

изменение диапазона частот, в котором ячейка (201, 501, 801) метаматериала обеспечивает отрицательный показатель преломления в результате изменения резонанса ячейки (201, 501, 801) метаматериала.

10. Способ по п. 9, согласно которому настройка набора электромагнитных свойств включает:

настройку диэлектрической проницаемости множества жидких кристаллов (516, 818), размещенных внутри емкости (514, 816), связанного с ячейкой (201, 501, 801) метаматериала, для регулировки резонанса ячейки (201, 501, 801) метаматериала.

11. Способ по п. 10, согласно которому настройка набора электромагнитных свойств включает:

настройку магнитной проницаемости множества магнитных наночастиц (820), размещенных внутри емкости (816), связанной с ячейкой (801) метаматериала, для регулировки резонанса ячейки (801) метаматериала.

12. Способ по п. 9, дополнительно включающий:

воздействие извне магнитным полем (400) на ячейку (201) метаматериала для регулировки резонанса ячейки (201) метаматериала.