Scattering by an infinite periodic array of a chiral slab

Abstract

OSET CHİRAL BİR LEVHA. ÜZERJÜDEKİ SOHSUZ PERİYODİK HALKALARDAN SAÇILIM OĞUZ DEMİR Yüksek lisans Tezi, Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Tez yöneticisi: Prof. Dr. Tuncay EGE Şubat 1997, 106 Sayfa Frekans seçici yüzeyler belli frekanslarda tamamen yansıtma, buna karşılık belli frekanslarda tamamen geçirgen olma özelliğine sahiptirler. Bu özelliklerinden dolayı, öncelikle anten dizaynı uygulamalarında çok önemli kullanım alanları bulabilirler. Bu tür yüzeyler genellikle yalıtkan bir levha üzerine herhangi bir şekle sahip düzlemsel elemanların yerleştirilmesiyle elde edilir. Bu çalışmada yalıtkan levha yerine, elektromanyetik özellikleri farklı olan chiral bir levhanın yerleştirilmesiyle oluşturulan seçici yüzey incelenmiştir. Chiral frekans seçici yüzeylerin formülasyonuna geçilmeden önce bir düzlemsel dalganın chiral alan içerisindeki durumu incelenmiştir; chiral alanlar içinoluşturulan alan denklemleri kullanılarak dalga denklemleri oluşturulmuş ve bu dalga denklemleri düzlemsel bir dalga için çözülmüştür. Sonuç olarak chiral bir alanda, bir düzlemsel dalga ancak iki farklı ilerleme sabitesine sahip dairesel polarize olmuş dalgalar halinde ilerleyebileceği gösterilmiştir. Chiral frekans seçici yüzeyin formülasyonunda elde edilecek sınır denklemlerinin basitleştirilmesi için alan denklemlerinin yatay bileşenleri kullanılarak modlu alanlar olarak yazılmıştır. Yüzeyden saçılan dalgalar Fuloguet modları cinsinden yazılmıştır. Sınır şartlarının sağlanmasıyla oluşan denklemler kullanılarak, problem, yüzeye giren dalganın etkisiyle periyodik yerleştirilmiş metal levha üzerinde oluşan akımın bulunmasına indirgenmiştir. Buna ek olarak, dairesel halka için indüklenen akım hesaplanmıştır. İletken halkaların bu yüzeye yerleştirilmesiyle oluşturulan seçici yüzeyin çeşitli dizayn parametrelerine ve bu yüzeye eğik olarak giren dalaganın giriş açısına göre hesaplanmış değerleri incelenmiştir ve karalaştırılmıştır. Chiral frekans seçici yüzey sonsuz büyüklükte ve iletken elemanların kayıpsız olduğu kabul edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Frekans Seçici Yüzeyler, Chiral vi

ABSTRACT SCATTERING BY AH INFINITE PERIODIC ARRAY OF RINGS ON A CHIRAL SLAB OGUZ DEMIR M.Sc. in Electrical and Electronics Engineering Supervisor: Prof. Dr. Tuncay EGE February 1997, 106 pages Frequency selective surfaces have the property of being fully transparent at some specific frequencies, and consequently, being fully reflective at some other frequencies. This property is very important and practically useful feature especially in the area of antenna design and applications. This type of surfaces have been designed and constructed as planar periodic structures formed by conducting array elements of any shape, that are usually printed on a dielectric sheet. In this work, the frequency selective surface which was designed using chiral sheet which have different electromagnetic properties instead of dielectric sheet has been considered. Before analyzing the mathematical formulation of chiral frequency selective surface, the form of the plane wave in a chiral media was analyzed. By using the constitutive relations of iiichiral media, wave equations were obtained and these wave equations have been solved for a plane wave. Consequently, it was seen that two different circularly polarized wave propagate with different propagation constants. For simplifying the boundary equations of selective surface, the fields were expressed as the modal fields using their transverse components. Scattered modal fields from the chiral selective surface were expressed as the Floquet's modes. Matching the boundary conditions on the interfaces of the selective surface, the problem has been reduced to current on the conducting element due to the incident field. Furthermore, current distribution due to the incident field was derived for circular ring. In addition, the calculated results of the chiral selective surface formed by periodically arranged circular rings have been compared for different design parameters and incident wave angles. These design parameters are; radius of the circular ring, chirality admittance, dielectric constant and thickness of the sheet and the angle between two sides of the rectangular unit cell in which the circular ring was placed. The dimension of the planar periodic structure has been assumed to be infinite. And array element assumed is perfect conductor. Keywords: Frequency Selective Surface, Chiral IV