Elektromanyetik filtre ve dalgakılavuzu uygulamaları için metamateryal katmanların benzetimi ve tasarımı

Abstract

Malzemeler sahip oldukları elektriksel geçirgenlik (?) ve manyetik geçirgenlik (?) katsayılarına göre elektromanyetik dalgalar karşısında farklı özellikler sergilerler. Doğada bulunan malzemelerde bu katsayılar pozitif değerlikte bulunurlar. Metamateryal olarak isimlendirilen malzemeler ise laboratuar ortamında üretilebilen elektriksel (?) ve manyetik geçirgenlik (?) katsayılarının negatif değerlik alabildiği malzeme tipleridir.Metamateryal yapıların modellenmesi ve benzetiminde sayısal modelleme yöntemlerinden biri olan FDTD yöntemi seçilmiştir. Bu yöntem kullanılarak 2 ve 3 boyutlu yazılım paketleri geliştirilmiştir. SLAB-MTM ve MTM-3D olarak isimlendirdiğimiz bu simülatörler pozitif kırılma indisli malzemelerin yanında negatif kırılma indisli metamateryalleri de modelleyebilmektedir. Çok katmanlı metamateryal yapıları ile değişik filtre tipleri, geliştirilen bu simülatörler yardımı ile tasarlanmış, elde edilen sonuçlar analitik hesaplamalar ile desteklenmiştir.Ayrıca bu çalışmada, metamateryal dolgulu dalga kılavuzu yapıları incelenmiş, bu yapılar ile değişik filtre tasarımları yapılmıştır. Dalga kılavuzlarında ultra geniş bantlı (UWB) darbe iletimi için büyük ihtiyaç olan mod bastırıcıların MTM yapılar ile tasarlanabileceği önerilmiş, tek veya birkaç modu bastırabilen mod bastırıcılar MTM yapılar kullanılarak tasarlanmıştır. Son olarak ise kesiti değişen dalga kılavuzlarında istenen modun yayılmasını sağlayan MTM-tipi mod dönüştürücüler yapılmıştır

Materials have different electromagnetic characteristics due to their different permittivity (?) and permability (?) coefficients. Naturally occurring materials have positive constitutive parameters. Materials with negative permittivity and permeability usually call as MTMs and they produced only in laboratory conditions.One of the numerical modeling techniques FDTD method is chosen for modeling and simulating metamaterials. Using this numerical method, 2-D and 3-D simulators called SLAB-MTM and MTM-3D respectively is developed. These simulators have the ability of modeling materials with negative refraction index beyond positive refraction index materials. In this thesis work, different filter types are designed with multilayered metamaterial slabs by the aim of developed simulators. The results obtained from these simulators are validated with analytical calculations.Furthermore, in this thesis metamaterial filled rectangular waveguides are investigated and various filter types designed. It is suggested that mode suppressor, which is a great necessity in ultra wide band (UWB) pulse propagator waveguides, can be done with metamaterial slabs. Finally, in this work we present a MTM-type mode converters design for propagating only desired mode in waveguides with smoothly varying cross sections.