Sol-elli metamateryal yapıların sayısal analizi ve tasarımı

Abstract

Özet: Negatif indisli yapılar, doğadaki maddelerden farklı elektromanyetik özellikleri nedeniyle, son yıllarda büyük ilgi duyulan malzemeler haline gelmişlerdir. Bu yapıların en ilginç özelliği, hem efektif elektriksel geçirgenlik hem de efektif manyetik geçirgenlik katsayılarının, aynı frekans bandında negatif değerlere sahip olabilmeleridir. Sol-elli metamateryal (LHM) yapılar, biri -negatif (ENG) diğeri -negatif (MNG) özelliğe sahip iki farklı periyodik dizinin bir araya getirilmesiyle gerçekleştirilebilir. ENG özelliğine sahip metal şerit tel dizisi ile MNG özelliğine sahip yarık halka rezonatör (SRR) dizisi bir araya getirildiğinde, negatif indisli, SRR/şerit bileşik metamateryal yapısı oluşturmak mümkün olabilmektedir. Bu tez çalışmasında, SRR ve metal şerit dizilerini temel alan bileşik metamateryal yapıların elektromanyetik karakteristikleri, sonlu eleman metodunu kullanan periyodik bir dizi simülatörü ile incelenmiş ve elde edilen sonuçlar ölçümlerle desteklenmiştir. Bu incelemeler sonucunda, LHM yapısının belirli bir frekans aralığında negatif kırılma indis değeri alabildiği gösterilmiştir. Ayrıca, SRR halkaları arasına yerleştirilmiş kapa/aç anahtarlar yardımıyla, değişik anahtarlama konumlarında iken frekans ve polarizasyon seçiciliği sağlayan yeni bir LHM tasarımı önerilmektedir. Son olarak, LHM yapıların tasarımında faydalı olabilecek eşdeğer devre modeli çalışmasına yer verilmi

Left-handed metamaterials (LHMs) have recently drawn a great deal of attention due to their unique electromagnetic features not commonly found in nature. Unlike right-handed media where either permittivity () or permeability (μ) may have negative values, LHMs possess both -negative (ENG) and μ-negative (MNG) characteristics within a frequency band, yielding a negative index of refraction. Such LHM structures can be composed by using two different arrays together, each one of which shows either ENG or MNG feature. In this thesis, we present numerical analysis results for a LHM composed of thin wires and split-ring resonators (SRRs) that show ENG and MNG characteristics, respectively. The numerical modeling and full-wave analysis of these structures are carried out by means of a fast periodic array simulator based on the hybrid finite element-boundary integral (FE-BI) method. The simulations are validated with measurements and negative index characteristics of the LHM structure are demonstrated. In addition, a dual-polarized frequency-tunable composite left-handed slab (CLS) is proposed. In this novel design, polarization-selectivity and frequency-tuning are achieved by means of on/off switches placed between the rings of the SRR. Finally, for the purpose of design viewpoint, equivalent circuit modeling of the SRR/wire structures is presented.