طراحی و تحلیل فراماده دوبانده جدید

در سالهای اخیر دنیای علم وتکنولوژی شاهد افزایش بی اندازه فعالیتهای تحقیقاتی به سمت طراحی و ساخت فرامواد با هر دو پارامتر گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی منفی است. فرامواد دسته ای از مواد مصنوعی ترکیبی هستند که خواص الکترومغناطیسی غیر عادی که در طبیعت یافت نمی شود، را از خود نشان می دهند. اولین تلاشها برای ساخت چنین فراموادی شامل ساختارهای بود که در فرکانسهای مایکروویو کار می کردند. تا کنون اغلب چنین ساختارهایی که برای محدوده فرکانسهای مایکروویو پیشنهاد می شدند، رفتار فراماده ای را در یک باند محدود از خود نشان می دادند. برخی از این ساختارها نیز که بصورت دوبانده در طول موجهای نوری پیشنهاد گردیده اند، دارای تلفات بسیار زیادی هستند. در این پروژه هدف ما ارائه ساختارهای جدیدی است که در محدوده فرکانسهای مایکروویو رفتار فراماده ای را در دو باند مجزا و مستقل از خود نشان دهند. در فصل اول، به بررسی تاریخچه فرامواد و کارهای مهم انجام شده در این زمینه پرداخته شده است. در این فصل که به آشنایی اولیه خواننده کمک می کند، سعی شده است بطور خلاصه اما مفید به فعالیتهای مهم انجام شده و روند حرکتی تحقیق در زمینه فرامواد پرداخته شود. در فصل دوم، به مفهوم منفی بودن گذردهی الکتریکی، نفوذپذیری مغناطیسی و ضریب شکست و پدیده هایی که در مقاله آقای وسلاگو به آنها اشاره شده و مبنای بسیاری از تحقیقهای بعدی است، پرداخته شده است. در فصل سوم نیز بطور کامل به بررسی فیزیکی فرامواد و ساختار اولیه آن به همراه نحوه مدلسازی آن پرداخته و در ادامه فصل ساختارهای خط انتقالی را نیز مورد بررسی دقیق قرار گرفته است. هر چند هدف این پروژه ارائه یک ساختار حجمی و نه خط انتقالی است، اما بدلیل اهمیتی که ساختارهای معادل خط انتقالی فراماده ای دارند و بدلیل اینکه بسیاری از کارهای انجام شده در زمینه دوبانده کردن در این حوزه بوده و برای جلوگیری از اختلاط موضوع پروژه حاضر با اینگونه ساختارهای خط انتقالی دوبانده، لازم دانستیم که در یک نیم فصل به این گونه از فرامواد نیز بپردازیم. در فصل چهارم نیز به کاربردهای فرامواد پرداخته شده است، تا خواننده به درک اهمیت این دسته از مواد مصنوعی پی ببرد. دانستن این کاربردها میتواند به اهمیت انجام پروژه حاضر کمک شایانی نماید. در فصل پنجم به روش استخراج پارامترهای گذردهی الکتریکی، نفوذپذیری مغناطیسی و ضریب شکست از روی پارامترهای پراکندگی بدست آمده از شبیه سازی نرم افزاری پرداخته شده است. این فصل از آن جهت اهمیت دارد که در این پروژه هدف طراحی ساختاری است که هر دو پارامتر گذردهی الکتریکی و نفوذپذیری مغناطیسی آن در دو باند مجزا منفی شوند، بنابراین نشان دادن صحت ادعا از اهمیت خاصی برخوردار است. در این بخش برای نشان دادن صحت روش انتخاب شده برای استخراج، ساختارهایی که نتایج آنها موجود است، شبیه سازی شده و خروجی پارامترهای الکترومغناطیسی آن با نتایج ارائه شده در مقالات مقایسه گردیده است. در نهایت در فصل آخر ساختارهای حلزونی شکل پیشنهادی مورد بررسی قرار گرفته و نحوه بدست آمدن ساختار جدید به همراه نتایج آن ارائه گردیده است. در این فصل نشان خواهیم داد که تلفات این ساختار در دو باند بسیار کمتر از کارهای قبلی می باشد.