Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3

Diseño y Desarrollo de

Sensores en RF con

Metamateriales

Tesista: Ing. María Guadalupe Lugo Martínez.

Asesor: Dra. Norma Patricia Puente Ramírez.

Co-Asesor: Dr. Gustavo Rodríguez Morales.

UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES MAYO 2014

ÍNDICE

• Introducción

• Objetivo

• Planteamiento del Problema

• Análisis de Resonadores de Anillo Ranurado

– Geometría Cuadrada

– Geometría Circular

– Geometría Triangular

– Geometría Omega

• Resultados

• Cronograma

• Bibliografía

UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 01

Introducción

• Antecedentes

– Víctor Veselago, 1968.

Propone materiales compuestos con

propiedades simultáneamente negativos.

– John Pendry, 2000.

Crea la primer estructura

metamaterial.


Fig. 1.- Ejemplo de estructura metamaterial.

Introducción

• Antecedentes

– Metamateriales.


Fig. 3.- Primer estructura con metamaterial

LHM (Left-Handed Medium) fabricado.

Fig. 4.- Esquema 3D del primer

metamaterial de rejilla fabricado.

Fig. 2.- Índice de Refracción de un metamaterial.

Introducción

• Antecedentes

– Los materiales pueden ser clasificados de acuerdo

a las características electromagnéticas que poseen.


Fig. 5.- Materiales según el signo de su permitividad ε y permeabilidad μ.

DPS – Double PoSitive.

RHM – Right-Handed Medium.

MNG – Mu NeGative.

DNG – Double NeGative.

LHM – Left-Handed Medium.

NIM – Negative Index Medium.

ENG – Epsilon NeGative.

ENG DPS RHM

DNG LHM NIM MNG

µ

ԑ

ԑ<0, µ>0 ԑ>0, µ>0

ԑ<0, µ<0 ԑ<0, µ<0

Plasmas Dieléctricos

No encontrados en la naturaleza

Materiales Ferro magnéticos

Introducción

• Ventajas


Aumento en la

sensibilidad para la

obtención de

mejores resultados.

Sensibilidad

Reducción en el

tamaño de

dispositivos.

Miniaturización

Introducción

• Aplicaciones

– Biosensores de Microondas.

– Sensores para la detección de cáncer.

– Antenas para teléfono móviles.

– Antenas de Alta Ganancia.


a) b) c)

Fig. 6.- a) Estructura del Biosensor de Microondas. b) Antenas para teléfonos móviles. c) Antenas

Omnidireccionales de Alta Ganancia.

Objetivo

• Diseño y desarrollo de sensores y/o

arreglos de sensores para optimizar la

recepción de radiación empleando los

materiales compuestos llamados

metamateriales.


Planteamiento del Problema

• Un factor importante en la elección de una

estructura con metamateriales que nos permita

sensar en el espectro de RF es su capacidad de

sensibilidad para la detección de las frecuencias

deseadas.


Fig. 7.- Ejemplo de sensor con metamaterial. [7]

Análisis de Resonadores de Anillo

Ranurado.


Análisis 1 Análisis 2

Reflexión

Transmisión

Fig. 8.- a) Geometría Cuadrada b) Geometría Circular c) Geometría Triangular d) Geometría Omega

a) b) c) d)


Ranurado.

• Geometría Cuadrada.


g w

d

h

a

Fig. 9.- Estructura del Resonador de Anillo

Ranurado Cuadrado.

La frecuencia de resonancia puede ser

calculada con la siguiente ecuación:

Donde:

R T


Ranurado.



Fig. 10.- Frecuencias de Resonancia obtenida con el Análisis 1.


Ranurado.



Fig. 11.- Frecuencias de Resonancia obtenidas con el Análisis 2.


Ranurado.

• Geometría Circular.


g

h

w

R

Fig. 12.- Estructura del Resonador de

Anillo Ranurado Circular



Donde:

R T


Ranurado.





Ranurado.

• Geometría Triangular.


g

h

w d S

2 S1


Anillo Ranurado Triangular

R T



Donde:


Ranurado.





Ranurado.

• Geometría Omega


h

r

w

l

g


Anillo Ranurado Omega



Donde:

R T


Ranurado.

• Geometría Omega.




Ranurado.

• Comparación en Análisis 1


Fig. 21.- Comparación de Frecuencias de Resonancia en la Reflexión obtenidas con el Análisis 1.


Ranurado.

• Comparación


Fig. 22.- Comparación de Frecuencias de Resonancia obtenidas con el Análisis 2.

Resultados

• Se caracterizaron diferentes geometrías de

Resonadores de Anillo Ranurado de

acuerdo a sus frecuencias de resonancia,

analizando la sensibilidad de cada una de

estas estructuras.


Producción Académica

• 3er. Simposio de Óptica Aplicada, Sustentabilidad

y Energía. FCFM, UANL.

María G. Lugo M.; Gustavo Rodríguez; Norma P

Puente; “Sensores con Metamateriales”. (2014)


Cronograma


2013 2014

Jul Ago Sep Oct Nov Dic Ene Feb Mar Abr May Jun

Revisión

Bibliográfica

Análisis para el

diseño de

sensores

Modelado

Computacional

Análisis de

Diseño para un

arreglo de SRR

en cascada

Escritura de

Tesis

Revisión de

Tesis

Actividad Mes

Bibliografía

1. Rustam Mustafa; “Ring Resonator with single gap for Measurement of

Dielectric Constants of Materials”; University of Gävle; June 2013.

2. Vidyalakshmi.M.R, Rekha.B and P.H.Rao; “Stopband Characteristics of

Complementary Triangular Split Ring Resonator Loaded Microstrip Line”;

Applied Electromagnetics Conference (AEMC), 2011 IEEE; Dec. 2011.

3. Luigi La Spada, Filiberto Bilotti, Lucio Vegni; “Metamaterial biosensor for

cancer detection”; Sensors, 2011 IEEE; Oct. 2011.

4. Vidyalakshmi.M.R and Dr.S.Raghavan; “Comparison of Optimization

Techniques for Square Split Ring Resonator”; International Journal of

Microwave and Optical Technology ; Vol.5 No.5 September 2010 .

Using the FDTD Method”, IEEE Press Editorial Board, 2000, pp. 1-9.


Bibliografía

5. Victor Hugo Morales Truijllo; “Metamateriales: Introducción a sus

propiedades y aplicaciones”; Universidad de San Carlos de Guatemala;

septiembre 2009.

6. Manuel J. Freire, Ricardo Marques, Lukas Jelinek; “Experimental

demostration of a µ = -1 metamaterial lens for magnetic resonance imaging”;

Applied Physics Letters, Vol. 93, pp. 231108(1)-231108(3); 2008.

7. Dennis M. Sullivan; “Electromagnetic Simulation Using the FDTD Method”;

IEEE Press Editorial Board; 2000; pp. 1-9.


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