Desarrollo de metasuperficies dieléctricas para aplicaciones de baja observabilidad compatibles con la fabricación aditiva

Abstract

[ES] Con el objetivo de reducir difracción y controlar la observabilidad radar en el régimen de microondas, este trabajo estudia metasuperficies totalmente dieléctricas que controlan la absorción en el régimen de microondas. Las metasuperficies son estructuras ultrafinas bidimensionales que incluyen conjuntos de elementos resonantes distribuidos de manera periódica y de tamaño inferior a la longitudes de onda a la frecuencia de trabajo. Además de tener la capacidad de controlar completamente la fase, amplitud y polarización de las ondas electromagnéticas incidentes, son compactas y fáciles de fabricar. En el régimen de microondas, las metasuperficies son compatibles con técnicas de fabricación aditiva, lo que abre el camino hacia plataformas baratas que controlan totalmente la propagación de ondas electromagnéticas. En este trabajo se estudia una metasuperficie totalmente dieléctrica con absorción de banda ancha. La metasuperficie funciona bajo el régimen de Huygens, combinando una resonancia eléctrica y otra magnética que aseguran absorción completa a la frecuencia de funcionamiento. Debido a que la metasuperficie no está fabricada sobre un plano metálico, la estructura propuesta puede ser transparente fuera de la frecuencia de operación. Se realiza un análisis sistemático estudiando la celda unitaria de la metasuperficie y la dependencia de la respuesta electromagnética con los parámetros geométricos. El diseño final se ha elegido para garantizar la compatibilidad con las técnicas de fabricación aditiva. Se ha fabricado una muestra para su caracterización experimental.

[EN] With the objective of reducing radar cross-section and controlling the observability at the microwave regime, this work studies all-dielectric metasurfaces that control the absorption at the microwave regime. Metasurfaces are two-dimensional ultrathin structures comprising arrays of sub-wavelength scatterers that are periodically distributed. In addition to having the capacity to completely adjust the phase, amplitude, and polarization of incident electromagnetic waves, they are compact and easy to manufacture. In the microwave regime, metasurfaces are compatible with additive manufacturing techniques, opening the route toward cheap platforms that fully control the propagation of electromagnetic waves. In this work, an all-dielectric metasurface with broadband absorption is studied. The metasurface works under the Huygens regime, combining an electric and magnetic resonance that ensures complete absorption at the operating frequency. Because the metasurface is not backed by a metallic plane, the proposed structure can be transparent out of the operation frequency. A systematic analysis is performed by studying the unit cell of the metasurface and the dependency of the electromagnetic response with the physical parameters. The final design has been chosen to ensure compatibility with additive manufacturing techniques. A test demonstrator has been fabricated.