Elektromágneses elrejtés metaanyagok és kompozitok segítségével

Ez a dolgozat egy erősen szóró objektum transzformációs optikával tervezett metaanyaggal való elektromágneses elrejtésének numerikus szimulációját mutatja be.

A transzformációs optika egy viszonylag új módszer az elektromágneses eszközök tervezésében, mely során az elektromágneses hullámok útvonalát az effektív anyagparaméterek előre meghatározott térbeli változásával tervezhetjük meg. Az elektromágneses hullámok útjának tetszőleges megválasztásának módszere a valós és egy virtuális tér közötti koordináta transzformáción alapul, mely során a hullám trajektóriáit a nem-valós tér metrikái determinálják.

Szóró tárgyak elrejtése már mikrohullámú, Terahertz és optikai frekvenciákon is sikerült korábban. Az elrejtő köpeny anizotrop és inhomogén anyagparamétereit úgynevezett split ring resonator-ok (SRRs) segítségével állították elő. A kísérletek azt mutatták, hogy ez az elrendezés képes elrejteni erősen szóró tárgyakat monokróm síkhullámok elől.

Ebben a dolgozatban a szükséges anyagparaméterek síkhullám gerjesztést feltételezve lettek származtatva és transzformálva, hogy megfeleljen a Matlab Partial Differential Toolbox követelményeinek. Az elrejteni kívánt objektum egy levegőben álló, valós tér z tengelye irányában végtelen hosszóságú rézhenger. Az elektromágneses elrejtés szimulációjára a Matlab Partial Differential Toolbox, egy általános frekvenciatartománybeli végeselem megoldó szoftver lett alkalmazva, mely segítségével a Maxwell egyenletekből levezetett inhomogén, anizotrop hullámegyenlet megoldható.

A rézhengert körülvevő metaanyag köpeny paraméterei a transzformációs optikával lettek tervezve. A görbült (virtuális) tér koordinátáival megoldva a Maxwell egyenleteket meghatározhatóak a metaanyag paraméterei.

A köpeny anyagának relatív permittivitás és permeabilitás tenzorai komplex értékű inhomogén mátrixok. TE módust feltételezve a relatív elektromos permittivitás skalárrá redukálódik.

A végeselem hálógenerálás- és finomítás után a program kiszámítja, majd kirajzolja az elektromos térerősség eloszlását (Ez).

A dolgozat során belátjuk, hogy az elektromágneses elrejtő köpeny nem csak síkhullám megvilágítás esetén rejt, de pont- és vonalforrás által gerjesztett elektromágneses hullámok terében is megfelelően működik.

Bár az elrejtés megvalósul, de az ilyen bonyolultságú anyagparaméterekkel rendelkező metaanyag előállítása rendkívül nehéz. Ezért a dolgozatban bemutatva megpróbáljuk a köpenyt kompozitok segítségével előállítani (effective medium theory). A szükséges elektromágneses anyagparaméter halmaz elérése érdekében úgynevezett keverési törvényeket alkalmazhatunk (pl. Maxwell-Garnett), melyekhez optimalizációs algoritmust kötve (pl. Differential Evolution) meghatározhatóak a kompozit anyag paraméterei. Ez az eljárás alkalmazható izotrop és anizotrop esetben is.

szerző

• 
  Körmöczi Koppány
  villamosmérnöki
  nappali

konzulens

• 
  Dr. Szabó Zsolt
  Docens, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék

helyezés