Elektromágneses elrejtés tranziens szimulációja az FDTD módszerrel
Az elektromágneses hullámok irányításának elmélete jelentős fejlődésnek indult az elmúlt két évtizedben, amely ezzel párhuzamosan olyan speciális tulajdonságú anyagok kialakítását tette szükségessé, amelyek a természetben nem fordulnak elő, így mesterséges struktúrákkal tudjuk ezeket megvalósítani. Az ilyen céllal készült, hullámhosszhoz képest kis elemekből álló periodikus struktúrákat nevezzük metaanyagoknak.
Az elektromágneses hullámok befolyásolásának egyik lehetősége, amikor egy erősen szóró objektum körül úgy vezetjük el a hullámot, hogy az minél kevésbé lépjen kapcsolatba magával az objektummal, ily módon minimálni tudjuk a szóródást. Az említett alkalmazási területet nevezzük elektromágneses elrejtésnek, amihez az első megvalósítás 2006-ban történt mikrohullámú tartományon [1], ahol egy speciális anyagú köpennyel vették körbe az elrejtendő fémhengert. Az egyik lehetőség a köpeny anyagának meghatározására a transzformációs optika, mely szerint a megfelelő koordináta-transzformáció segítségével az eredetileg bonyolult elektromágneses problémát egy egyszerűbbre tudjuk visszavezetni.
A probléma időtartománybeli vizsgálatára egy lehetőség az FDTD módszer, aminek megvalósításához figyelembe kell vennünk az elrejtő köpeny anizotrop tulajdonságát és az anyagparaméterek szélsőséges értékét.
A dolgozatban bemutatásra kerül egy anizotrop FDTD algoritmus, amely segítségével szemléltetjük az elektromágneses elrejtés jelenségét a transzformációs optika alkalmazásával.
Az algoritmushoz szükséges elméletet részletezzük, ezzel támogatva az elkészült, nyilvánosan elérhető FDTD programcsomagot Matlab környezetben. A szimuláció alkalmas az elektromágneses elrejtésre használt eszköz tranziens modellezésére. Az elrejtő köpeny megvalósításához szükséges anizotrop anyagparaméterek is levezetésre kerülnek.
Elsőként egy hagyományos réteges szerkezetű antireflexiós bevonatot tanulmányozunk, ami tekinthető az 1D elrejtésnek. Ezután egy 2D hengeres elrejtő köpeny tranziens viselkedését vizsgáljuk, melynek során a széles frekvenciasávval gerjesztő beeső hullám szóródása alapján vonunk le következtetéseket.
Az elkészült munka tartalmazza a téma elméleti összefoglalását, történeti áttekintését, valamint egy programcsomagot, szemléltetés céljából.
[1] Schurig, D., Mock, J. J., Justice, B. J., Cummer, S. A., Pendry, J. B., Starr, A. F., Smith, D. R. "Metamaterial electromagnetic cloak at microwave frequencies", Science, 314(5801), pp. 977–980, 2006.
szerző
-
Csernyava Olivér
Villamosmérnöki szak, mesterképzés
mesterképzés (MA/MSc)
konzulensek
-
Dr. Berceli Tibor
Professor Emeritus, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék -
Dr. Szabó Zsolt
egyetemi docens, Pázmány Péter Katolikus Egyetem (külső)
