Analysis and Modeling of a New H-C Shape Non-Periodic Metamaterial Resonator (HC-SRR) for Multi-band Applications

Abstract

Перевага багатодіапазонних структур полягає в тому, що вони забезпечують однакову електронну функцію для різних діапазонів частот і для однієї компактної схеми. У цій статті було змодельовано новий метаматеріальний резонатор для багатодіапазонних застосувань. Запропонована структура являє собою неперіодичний розщеплений кільцевий резонатор Н-С форми (HC-SRR). Мідна нашивка HC-SRR надрукована на верхній стороні використаної діелектричної підкладки, яка має фізичні характеристики Rogers RO 4003 (ɛr = 3.55 and tgδ = 0.0027). Електричні розміри елементарної комірки HC-SRR оптимізовано за (0.374λ0 x 0.362λ0 x 0.039λ0), де λ0 — довжина хвилі вільного простору, розрахована на найнижчій робочій частоті, яка становить 7,25 ГГц. HC-SRR моделюється на основі його еквівалентної електричної схеми, що містить гілки серії (LS – CS). Отримані результати демонструють двосмугову поведінку нашого метаматеріального резонатора при обох резонансах 7,25 і 9,31 ГГц. Ця поведінка була підтверджена моделлю еквівалентної схеми на основі характеристики відбиття. Отримано інші фізичні характеристики запропонованого резонатора, такі як конститутивні параметри та електричне поле, щоб показати незвичайну електромагнітну поведінку запропонованого HC-SSR. Отримані негативні значення діелектричної проникності та/або проникності можуть визначати ліве середовище (LHM), представлене нашим резонатором. Дослідження та аналіз, запропоновані в цій роботі, можуть обґрунтувати вплив та ефективність запропонованого HC-SRR для багатодіапазонних застосувань, особливо для пристроїв бездротового зв’язку.

The multi-band structures have the advantage of providing the same electronic function for different frequency bands and for a single compact circuit. In this paper, a new metamaterial resonator was modeled for multi-band applications. The proposed structure is a non-periodic split-ring resonator of H-C shape (HCSRR). The copper patch of the HC-SRR is printed on the upper side of the used dielectric substrate which is Rogers RO 4003 of physical characteristics (ɛr = 3.55 and tgδ = 0.0027). The electrical dimensions of the HCSRR unit cell are optimized at (0.374λ0 x 0.362λ0 x 0.039λ0), where λ0 is the free space wavelength calculated at the lowest operating frequency which is 7.25 GHz. The HC-SRR is modeled based on its equivalent electrical circuit containing the (LS – CS) series branches. The obtained results show a dual-band bandpass behavior of our metamaterial resonator at both resonances of 7.25 and 9.31 GHz. This behavior was validated by the equivalent circuit model based on the reflection characteristic. Other physical characteristics of the proposed resonator are obtained such as constitutive parameters and electric field to show the unusual electromagnetic behavior of the proposed HC-SSR. Obtained negative values of permittivity and/or permeability can define the left hand medium (LHM) represented by our resonator. The study and analysis proposed in this work can justify the impact and efficiency of the proposed HC-SRR for multiband applications, especially for wireless communication devices.