Aplicación de metamateriales para estimar índices de refracción

Abstract

Se presenta el desarrollo de un metamaterial para estimar el índice de refracción en líquidos. El metamaterial se desarrolló insertando celdas cilíndricas en el plano de tierra de una línea microcinta, cintas estas que forman una estructura de brecha de banda electromagnética (electromagnetic bandgap, EBG). Dentro de las celdas se depositaron líquidos con índices de refracción estimados en el laboratorio. Se evaluaron los parámetros de dispersión S21 y S11 mediante simulaciones electromagnéticas con modelos desarrollados, y de forma experimental, con prototipos fabricados. Se analizó la variación de la frecuencia central, el ancho de banda y el nivel de pérdidas por inserción de la brecha de frecuencias generada como respuesta a la variación del índice de refracción del material depositado dentro de las celdas. Los resultados obtenidos muestran que es posible estimar el índice de refracción de materiales monitoreando la frecuencia de resonancia o el nivel de pérdidas por inserción de la brecha generada. El metamaterial desarrollado es fácil de construir y su desempeño es adecuado en el rango de las microondas.

We developed a metamaterial to estimate the refractive index in liquids by inserting cylindrical cells in the ground plane of a microstrip line, lines that form an electromagnetic bandgap (EBG) structure. We deposited inside the cells liquids with refractive indices estimated in the laboratory. The dispersion parameters S21 and S11 were evaluated by means of electromagnetic simulations with developed models and experimentally with manufactured prototypes. We analyzed the variation of center frequency, the bandwidth, and the level of losses by the variation of the refractive index of the material deposited inside the cells. Our results showed that it is possible to estimate the refractive index of materials by monitoring the resonance frequency or the level of insertion losses of the generated gap. The metamaterial developed is easy to build and its performance is adequate in the range of microwaves.