Badanie wpływu mechanicznego odkształcenia metapowierzchni bazującej na komplementarnym rezonatorze pierścieniowym na jej właściwości rezonansowe w zakresie mikrofalowym i terahercowym

Metamateriały znajdują coraz większe zastosowanie w wielu gałęziach nauki i przemysłu. Składają się z matrycy elementów strukturalnych (komórek) o wymiarach kilkukrotnie mniejszych niż długość fali elektromagnetycznej, przy jakiej mają pracować. Ich unikalne właściwości rezonansowe można stosunkowo łatwo kontrolować przez odpowiednie zaprojektowanie geometrii elementów strukturalnych. Odstępstwa od tej geometrii wpływają na stan rezonansu, co może być wykorzystane do określenia np. stopnia deformacji. W niniejszej pracy przeanalizowano wpływ odkształcenia metapowierzchni powodowanego przez zewnętrzne wymuszenie mechaniczne (rozciąganie) na rezonansową charakterystykę częstotliwościową w zakresie mikrofalowym i terahercowym. Opracowano modele numeryczne metapowierzchni o elemencie strukturalnym w postaci rezonatora z rozdzielonymi pierścieniami (ang. split ring resonator, SRR) oraz określono zmiany częstotliwości rezonansowych wywołane działaniem zewnętrznej siły rozciągającej. Uzyskane liniowe zależności pomiędzy zmianą częstotliwości a stopniem deformacji struktury metapowierzchni pozwalają na wykorzystanie w przyszłości tej technologii w bezprzewodowym monitoringu strukturalnym (ang. structural health monitoring, SHM).

Metamaterials are increasingly used in many branches of science and industry. They consist of a matrix of cells / elements with dimensions several times smaller than the operating wavelength. Their unique resonance properties can be relatively easily controlled by properly designing the geometry of their structural elements (cells). Deviations from this geometry affect the state of resonance which can be used to determine the degree of deformation. In this work, the effect of metasurface deformation caused by external mechanical excitation (stretching) on the resonance frequency in the microwave and terahertz range has been analyzed. Numerical models of the metasurfaces with a structural element in the form of split ring resonators (SRR) were developed and changes in resonance frequencies caused by external tensile force were determined. Obtained linear relationships between the change in frequency and the degree of deformation of the metasurface structure allow for the use of this technology in the future in wireless structural health monitoring (SHM).