مطالعه و شبیه سازی فرامواد با ضریب شکست منفی در ناحیه فرکانسی مایکروویو

در این پایان نامه به بررسی فرامواد به عنوان موادی مصنوعی با ویژگی هایی ممتاز و منحصر به فرد که در طبیعت یافت نمی شود، می پردازیم. مفاهیم پایه و ویژگی های انتقال امواج الکترومغناطیس در فرامواد را مورد مطالعه قرار داده و مواد با گذردهی الکتریکی منفی و نفوذپذیری مغناطیسی منفی را به عنوان اجزای تشکیل دهنده فرامواد با ضریب شکست منفی بررسی می کنیم. سپس فراماده تشدیدگر حلقوی شکاف دار را به عنوان ساختاری متداول در طراحی فرامواد مغناطیسی به تفصیل شرح داده و به کمک شیبه سازی در نرم افزار ansoft hfss تأثیر پارامترهای هندسی تشدیدگر حلقوی را برجابه جایی فرکانس تشدید آن بررسی می نماییم. در این تحقیق برای اولین بار فرامواد مغناطیسی با دو بستر دی الکتریک را بررسی کرده و با استفاده از مدل بیلاتی و مدل گئورگین برای محاسبه ی خازن مسطح چندلایه روابط تحلیلی برای فرامواد مغناطیسی تشدیدگر حلقوی شکاف دار و تشدیدگر مارپیچ با دو بستر دی الکتریک در بالا و پایین ساختار ارائه می دهیم. به منظور بررسی صحت مدل ارائه شده آن را با نتایج حاصل از شبیه سازی ساختارها در نرم افزار hfss مقایسه می کنیم. بیشینه خطای مدل تحلیلی برای فراماده تشدیدگر حلقوی 4% و برای فراماده تشدیدگر مارپیچ 85/2% به دست می آید. در هر دوحالت رابطه ی فرکانس تشدید برحسب ثابت دی الکتریک بستر دوم را به دست می آوریم. یک نمونه کاربردی برای فراماده مغناطیسی با دو بستر دی الکتریک را به عنوان حسگر رطوبت خاک بررسی کرده و با مدل ارائه شده رفتار این حسگر را تحلیل می کنیم. همچنین حالتی که بستر دی الکتریک دوم در زیر تشدیدگر و بستر دی الکتریک اول باشد را بررسی می کنیم و با استفاده از تکنیک pcm روابط تحلیلی مدل بیلاتی را برای دو بستر دی الکتریک اصلاح می کنیم. در این حالت نتایج روابط تحلیلی تطبیق خوبی را با نتایج شبیه سازی عددی داشته و بیشینه خطایی در حدود 2/1% را نشان می دهد.