ΜΕΛΕΣΗ ΜΕΣΑΫΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΥΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΣΗ ΦΕΔΙΑΗ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΚΕΡΑΙΩΝ

ΑΡΙΣΟΣΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΗΜΙΟ ΘΕΑΛΟΝΙΚΗ ΠΟΛΤΣΕΦΝΙΚΗ ΦΟΛΗ ΣΜΗΜΑ ΗΛΕΚΣΡΟΛΟΓΩΝ ΜΑΦΑΝΙΚΩΝ ΚΑΙ ΜΗΦΑΝΙΚΩΝ ΤΠΟΛΟΓΙΣΩΝ ΜΕΛΕΣΗ ΜΕΣΑΫΛΙΚΩΝ ΚΑΙ ΕΥΑΡΜΟΓΗ ΣΟΤ ΣΗ ΦΕΔΙΑΗ ΕΠΙΠΕΔΩΝ ΚΕΡΑΙΩΝ Διπλωματική Εργαςία ΑΤΜΑΤΖΑΚΗΣ ΕΥΑΓΓΕΛΟΣ ΑΕΜ:6056 Επιβλζπων Καθηγητήσ: Δρ. Τραϊανόσ Γιοφλτςησ Θεςςαλονίκη 2010

ΕΤΧΑΡΙΣΙΕ

Περιεχόμενα

7.

Πρόλογοσ

Ειςαγωγή Κεφάλαιο 1 Ειςαγωγή 1.1 Μεταώλικά - Γενικά 1

Ειςαγωγή 1.2 Είδη υλικών 2

Ειςαγωγή 3

Θεωρητικό Υπόβαθρο Κεφάλαιο 2 Θεωρητικό Τπόβαθρο 2.1 Ιςτορικά ςτοιχεία 2.1.1 Η θεωρητική μελέτη του Veselago 2.1.2 H καταςκευή του πρώτου μεταώλικού 4

Θεωρητικό Υπόβαθρο ( ) ( ) (2.1) ( ) ( ) ( ) για (2.2) για (2.3) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2.4) ( ) ( ), 5

Θεωρητικό Υπόβαθρο ( ) για (2.5) για (2.6) 6

Θεωρητικό Υπόβαθρο 2.1.3 Πειραματική Απόδειξη [10] Εικόνα 2.2: Η διάταξη του πειράματοσ για την απόδειξη τησ εμφάνιςησ αρνητικοφ δείκτη διάθλαςησ των LH μεταχλικών που καταςκεφαςε η ομάδα του UCSD (Smith et. al). 7

Θεωρητικό Υπόβαθρο 2.2 Ιςοδύναμο κύκλωμα ςυντονιςμού. 8

Θεωρητικό Υπόβαθρο 2.3 Απόδειξη ιδιοτήτων με χρήςη των Εξιςώςεων του Maxwell (2.7) (2.8) (2.9) (2.10) 9

Μελζτη Μεταχλικών και Εφαρμογή Θεωρητικό Υπόβαθρο ( ) (2.11) ( ) (2.12) και,. ( ) (2.13) ( ) (2.14) (2.15) (2.16) (2.18) (2.19) 10

Μελζτη Μεταχλικών και Εφαρμογή Θεωρητικό Υπόβαθρο (2.20) (2.21) (2.22) (2.23) (2.24) (2.25) (2.26) (2.27) 11

Θεωρητικό Υπόβαθρο ( ) RH μζςο: ( ) LH μζςο: ( ) (2.28) (2.29) (2.30) (2.31) 12

Θεωρητικό Υπόβαθρο 2.4 Εξαγωγή παραμέτρων μεταώλικού (Parameter retrieval) 2.4.1 Θεωρία του ενεργών μέςων 13

Θεωρητικό Υπόβαθρο 2.4.2 Εξαγωγή παραμέτρων μέσω πίνακα σκέδασης (S-parameter retrieval) [2] 14

Θεωρητικό Υπόβαθρο (2.32) ( ) 15

Θεωρητικό Υπόβαθρο ( ) ( ( ) ( ) ) (2.33) ( ) ( ), (2.34) ( ) (2.35) ( ) ( ) (2.36) ( ) ( ) (2.37) 16

Θεωρητικό Υπόβαθρο ( ) ( ) (2.38) και ( ) (2.39), ( ) (2.40) ( ) ( ) (2.41) ( ) ( ) ( ) (2.42) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) (2.43) [ ( )] (2.44) ( ) ( ) (2.45) 17

Θεωρητικό Υπόβαθρο 2.5 Τπολογιςτικά Εργαλεία 2.5.1 Comsol Multiphysics 18

Θεωρητικό Υπόβαθρο 19

Θεωρητικό Υπόβαθρο 2.5.2 Sonnet 20

Θεωρητικό Υπόβαθρο. 21

Ανάλυςη δομών μεταχλικών Κεφάλαιο 3 Ανάλυςη δομών μεταώλικών 3.1 Διπλόσ ςυντονιςτήσ δακτυλίου 22

Ανάλυςη δομών μεταχλικών e f b a c g (a) (b) 23

Ανάλυςη δομών μεταχλικών. 24

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 25

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 3.1.1 χεδιαςμόσ ςτην επιθυμητή ςυχνότητα 26

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 27

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 28

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 3.2 Μονόσ ςυντονιςτήσ δακτυλίου c e b a g 29

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 30

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 31

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 3.3 υντονιςτήσ δακτυλίου δύο επιπέδων 32

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 33

Ανάλυςη δομών μεταχλικών 34

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Ανάλυςη μεταεπιφάνειασ (metasurface) Κεφάλαιο 4 Ανάλυςη μεταεπιφάνειασ (metasurface) 35

Δείκτης Διάθλασης (n) Μελζτη Μεταχλικών και Εφαρμογή τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Ανάλυςη μεταεπιφάνειασ (metasurface) 0-2 -4-6 -8-10 -12-14 S11 db metamaterial -16 S21 db metamaterial -18 S11 db metasurface S21 db metasurface -20 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Σστνότητα [GHz]. 8 6 4 Re(n) metamaterial Im(n) metamaterial Re(n) metasurface Im(n) metasurface 2 0-2 -4-6 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Σστνότητα [GHz] 36

Μαγνητική Διαπερατότητα (μ) Στετική Διηλεκτρική Σταθερά (ε) Κσματική Αντίσταση (z) Μελζτη Μεταχλικών και Εφαρμογή τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Ανάλυςη μεταεπιφάνειασ (metasurface) 4 3 2 Re(z) metamaterial Im(z) metamaterial Re(z) metasurface Im(z) metasurface 1 0-1 -2-3 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Σστνότητα [GHz] 10 5 0-5 -10-15 -20-25 Re(ε) metamaterial Im(ε) metamaterial -30 Re(ε) metasurface Im(ε) metasurface -35 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Σστνότητα [GHz] 20 15 10 Re(μ) metamaterial Im(μ) metamaterial Re(μ) metasurface Im(μ) metasurface 5 0-5 -10 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 Σστνότητα [GHz] 37

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Ανάλυςη μεταεπιφάνειασ (metasurface) 38

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών Κεφάλαιο 5 χεδίαςη κεραίασ με χρήςη μεταώλικών 5.1 Ανάλυςη επίπεδου μονοπόλου 39

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών b a d c 40

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών 5.2 Ενςωμάτωςη δομών μεταώλικών 41

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών 42

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών 5.3 Μελέτη επιρροών που ειςάγουν οι μεταβολέσ ςτη δομή 5.3.1 Μεταβολή χωρητικότητασ τησ δομήσ 43

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών Μείωση κενοφ Μείωση σχισμής Αρχική διάταξη 5.3.2 Προςθήκη αγωγού (wire) και επιπλέον δακτυλοειδούσ ςυντονιςτή (SRR). 2 SRRs wire Αρχική διάταξη 44

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών 5.3.3 Μεταβολή θέςησ των SRRs a = 0.33 mm a = 1 mm a = 2 mm 45

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών b = 2 mm b = 1 mm b = 0.33 mm 46

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών 5.4 Μελέτη ευρυζωνικότητασ 47

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών Μεταβολή σχισμών Μεταβολή κενοφ δακτυλίων Αρχική διάταξη Μεταβολή μεγζθους δακτυλίων. 48

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών 5.5 χεδίαςη κεραίασ 49

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών. 50

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών. 51

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών. 52

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Σχεδιαςμόσ κεραίασ με χρήςη μεταχλικών. 53

τουσ ςτη Σχεδίαςη Επίπεδων Κεραιών Συμπεράςματα Κεφάλαιο 6 υμπεράςματα 54

Βιβλιογραφία