Ανάλυση Φαινομένων Διέγερσης Και Κυματοδήγησης Σε Υποστρώματα Από Μεταϋλικά

Abstract

Σκοπός της διπλωματικής εργασίας ήταν η μελέτη των αξιοσημείωτων ηλεκτρομαγνητικών ιδιοτήτων μίας νέας κατηγορίας υλικών που κατασκευάζονται τεχνητά, των μεταϋλικών. Συνοπτικά, τα υλικά αυτά εμφανίζουν ταυτόχρονα αρνητικές τιμές των συντακτικών παραμέτρων ε και μ σε ορισμένο εύρος συχνοτήτων, με αποτέλεσμα αρκετά ενδιαφέροντα χαρακτηριστικά, όπως η εμφάνιση αρνητικού δείκτη διάθλασης, η αντιστροφή του φαινομένου Doppler και το γεγονός ότι η ταχύτητα φάσης και η ταχύτητα ομάδας έχουν αντίθετες κατευθύνσεις, με αποτέλεσμα την εμφάνιση οπισθοδρομικών κυμάτων. Τα υλικά αυτά ονομάζονται και υλικά αριστερού νόμου, επειδή η κατεύθυνση του διανύσματος Poynting προκύπτει από τις κατευθύνσεις του ηλεκτρικού και μαγνητικού πεδίου σύμφωνα με τον κανόνα του αριστερού και όχι του δεξιού χεριού. Οι παραπάνω ιδιότητες βρίσκουν εφαρμογή σε νέες μικροκυματικές διατάξεις, όπως κατευθυντικοί συζεύκτες με αυξημένο εύρος ζώνης και ρυθμιζόμενα ποσοστά σύζευξης, κεραία διαρρέοντος κύματος ικανή να εκτελεί σάρωση σε όλες τις γωνίες και να ακτινοβολεί μετωπικά στο βασικό ρυθμό λειτουργίας της, τέλειος φακός στον οποίο η εστίαση δεν περιορίζεται από το μήκος κύματος ακτινοβολίας. Το 1ο κεφάλαιο της διπλωματικής εργασίας ξεκινά με μία ιστορική αναδρομή και στη συνέχεια περιγράφεται η διαδικασία με την οποία καταλήγουμε στη δημιουργία ενός σύνθετου μεταϋλικού και παρουσιάζονται μοντέλα περιγραφής της εξάρτησης των παραμέτρων ε και μ από τη συχνότητα. Στο 2ο κεφάλαιο εξετάζεται διεξοδικά τι είδους κύματα είναι δυνατό να διεγερθούν μέσα σε μία πλάκα από μεταϋλικό θεωρώντας διέγερση από στοιχειώδη πηγή ρεύματος, επιβεβαιώνοντας τις βασικές ιδιότητες των μεταϋλικών. Τα κύρια συμπεράσματα προκύπτουν από την καμπύλη διασποράς, όπου διακρίνονται οι διάφορες κατηγορίες ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων (συνήθη και αποσβεννύμενα επιφανειακά, διαρρέοντα κύματα). Στο 3ο κεφάλαιο θεωρείται διέγερση από δίπολο Hertz της ίδιας πλάκας από μεταϋλικό και προκύπτει η κατάλληλη έκφραση του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου.