Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3
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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
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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
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Introducción
• Antecedentes
– Víctor Veselago, 1968.
Propone materiales compuestos con
propiedades simultáneamente negativos.
– John Pendry, 2000.
Crea la primer estructura
metamaterial.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 02
Fig. 1.- Ejemplo de estructura metamaterial.
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Introducción
• Antecedentes
– Metamateriales.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 03
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.
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Introducción
• Antecedentes
– Los materiales pueden ser clasificados de acuerdo
a las características electromagnéticas que poseen.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 04
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
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Introducción
• Ventajas
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 05
Aumento en la
sensibilidad para la
obtención de
mejores resultados.
Sensibilidad
Reducción en el
tamaño de
dispositivos.
Miniaturización
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Introducción
• Aplicaciones
– Biosensores de Microondas.
– Sensores para la detección de cáncer.
– Antenas para teléfono móviles.
– Antenas de Alta Ganancia.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 06
a) b) c)
Fig. 6.- a) Estructura del Biosensor de Microondas. b) Antenas para teléfonos móviles. c) Antenas
Omnidireccionales de Alta Ganancia.
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Objetivo
• Diseño y desarrollo de sensores y/o
arreglos de sensores para optimizar la
recepción de radiación empleando los
materiales compuestos llamados
metamateriales.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 07
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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.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 08
Fig. 7.- Ejemplo de sensor con metamaterial. [7]
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 09
Análisis 1 Análisis 2
Reflexión
Transmisión
Fig. 8.- a) Geometría Cuadrada b) Geometría Circular c) Geometría Triangular d) Geometría Omega
a) b) c) d)
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Cuadrada.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 10
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
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Cuadrada.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 11
Fig. 10.- Frecuencias de Resonancia obtenida con el Análisis 1.
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Cuadrada.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 12
Fig. 11.- Frecuencias de Resonancia obtenidas con el Análisis 2.
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Circular.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 13
g
h
w
R
Fig. 12.- Estructura del Resonador de
Anillo Ranurado Circular
La frecuencia de resonancia puede ser
calculada con la siguiente ecuación:
Donde:
R T
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Circular.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 14
Fig. 13.- Frecuencias de Resonancia obtenida con el Análisis 1.
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Circular.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 15
Fig. 14.- Frecuencias de Resonancia obtenidas con el Análisis 2.
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Triangular.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 16
g
h
w d S
2 S1
Fig. 15.- Estructura del Resonador de
Anillo Ranurado Triangular
R T
La frecuencia de resonancia puede ser
calculada con la siguiente ecuación:
Donde:
![Page 18: Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3](https://reader034.fdocuments.ec/reader034/viewer/2022051820/55cf96b9550346d0338d5d72/html5/thumbnails/18.jpg)
Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Triangular.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 17
Fig. 16.- Frecuencias de Resonancia obtenida con el Análisis 1.
![Page 19: Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3](https://reader034.fdocuments.ec/reader034/viewer/2022051820/55cf96b9550346d0338d5d72/html5/thumbnails/19.jpg)
Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Triangular.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 18
Fig. 17.- Frecuencias de Resonancia obtenidas con el Análisis 2.
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Omega
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 19
h
r
w
l
g
Fig. 18.- Estructura del Resonador de
Anillo Ranurado Omega
La frecuencia de resonancia puede ser
calculada con la siguiente ecuación:
Donde:
R T
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Omega.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 20
Fig. 19.- Frecuencias de Resonancia obtenida con el Análisis 1.
![Page 22: Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3](https://reader034.fdocuments.ec/reader034/viewer/2022051820/55cf96b9550346d0338d5d72/html5/thumbnails/22.jpg)
Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Geometría Omega.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 21
Fig. 20.- Frecuencias de Resonancia obtenidas con el Análisis 2.
![Page 23: Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3](https://reader034.fdocuments.ec/reader034/viewer/2022051820/55cf96b9550346d0338d5d72/html5/thumbnails/23.jpg)
Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Comparación en Análisis 1
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 22
Fig. 21.- Comparación de Frecuencias de Resonancia en la Reflexión obtenidas con el Análisis 1.
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Análisis de Resonadores de Anillo
Ranurado.
• Comparación
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 23
Fig. 22.- Comparación de Frecuencias de Resonancia obtenidas con el Análisis 2.
![Page 25: Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3](https://reader034.fdocuments.ec/reader034/viewer/2022051820/55cf96b9550346d0338d5d72/html5/thumbnails/25.jpg)
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.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 24
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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)
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 25
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Cronograma
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 26
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
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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.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 27
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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.
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 28
![Page 30: Avance 2 - Diseño y Desarrollo de Sensores en RF Con Metamateriales - V3](https://reader034.fdocuments.ec/reader034/viewer/2022051820/55cf96b9550346d0338d5d72/html5/thumbnails/30.jpg)
UANL-FIME-DIE M.C. TELECOMUNICACIONES 29