Numerical Simulations of Wave Propagation between a Left-Handed Material and a Right-Handed Material

Autor: Rana, Balwan
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2021
Předmět:
Druh dokumentu: Text
Popis: The discovery of metamaterials has led to major advances in different fields of physics including optics, microwave engineering and acoustics. Specific to theoretical electromagnetism, the introduction of metamaterials have led to the development of negative-index materials (NIMs) with simultaneous negative permittivity and negative permeability with backward-wave propagation. In recent studies, exact analytical solutions for wave propagation from a step/graded-index interface between a right-handed material (RHM) and a left-handed material (LHM) have been obtained. This study attempts to provide numerical validation of the analytical solutions obtained by Dalarsson et al. by using the simulation tool CST. An square-SRR/strip-wire unit element was designed, with real part of relative permittivity equal to -1.96 and real part of relative permeability equal to -1.01. Such unit elements were orderly structured to produce a NIM structure. Furthermore, a positive-index material (PIM) structure was produced by reversing the sign of the material properties of the NIM. Both the results for the step- and graded-index interfaces have shown to possess backward-wave propagation for a normal incidence angle. The graded-index interface profiles have a more smooth and continuous wave propagation between the materials, which counteracts the effects of discontinuous material transitions present in step-index interface profiles. However, because the results of the present study were considerably affected by unwanted field effects, the analytical solutions are only qualitatively validated, and not validated in terms of their numerical accuracy.
Upptäckten av metamaterial har lett till stora framsteg inom olika fysikområden inklusive optik, mikrovågsteknik och akustik. Specifikt för teoretisk elektromagnetism, har introduktionen av metamaterial lett till utvecklingen av negativa indexmaterial (NIM) med samtidig negativ permittivitet och negativ permeabilitet med bakåtvågsutbredning. I nyligen genomförda studier, har exakta analytiska lösningar för vågutbredning över ett steg-/graderat- indexgränssnitt mellan ett högerhänt material (RHM) och ett vänsterhänt material (LHM) erhållits. Denna studie försöker tillhanda-hålla numerisk validering, med hjälp av simuleringsverktyget CST, av de analytiska lösningar som erhållits av Dalarsson et al. En square-SRR/strip-wire enhetselement designades, med realdelen av relativ permittivitet lika med -1,96 och realdelen av relativ permeabilitet lika med -1,01. Sådana enhetselement strukturerades för att producera en materialstruktur med negativt index. Dessutom producerades en materialstruktur med positivt index (PIM) genom att vända tecknet av materialegenskaperna hos det negativa indexmaterialet (NIM). Både resultaten för steggränssnittet och det graderade indexgränssnittet har visat sig ha bakåtvågutbredning för vinkelrätt infall. De graderade indexgränssnittsprofilerna har en mer jämn och kontinuerlig vågutbredning mellan materialen, vilket motverkar effekterna av diskontinuerliga materialövergångar som finns i stegindexgränssnittsprofiler. Men eftersom resultaten av den aktuella studien påverkades avsevärt av oönskade fälteffekter, har de analytiska lösningarna validerats endast kvalitativt och valideras inte i termer av deras numeriska noggrannhet.
Databáze: Networked Digital Library of Theses & Dissertations
Externí odkaz: