Design, simulation, and measurement of near-zero-index shells for electromagnetic beam generation

Bu çalışmada, eşyönlü kaynaklardan yönlü ışınım örüntüleri oluşturan sıfıra yakın indis (SYİ) niteliğine sahip üç boyutlu (3B) kabuk yapılarının tasarım ve benzetimleriyle birlikte, bu yapıların düşük maliyetli 3B baskı ile gerçeklemesi sunulmaktadır. SYİ hüzme üreteçlerinin tasarım süreçlerinde, hem sıfıra yakın bağıl elektriksel geçirgenlik ve/veya manyetik geçirgenlik değerlerinin kullanıldığı homojen modeller, hem de periyodik olarak yerleştirilen diyelektrik çubuklar içeren gerçekçi modeller incelenmiştir. Elektromanyetik problemlerin çözümleri, frekans uzayında etkin yüzey integral denklemi formülasyonlarının titiz uygulamaları vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Yüzey integral denklemlerinden elde edilen matris denklemlerinin iteratif çözümleri, çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi (ÇSHÇY) ve gerektiğinde önkoşullayıcılarla hızlandırılmıştır. İlk olarak, istenilen frekans aralıklarında etkili yapılar elde etmek için, SYİ ortamlarının yansıma ve kırınım özellikleri kapsamlı olarak incelenmiştir. Sonrasında, isteğe göre uyarlanmış ışınım örüntüleri elde etmek için farklı stratejiler uygulanmıştır. Bu kapsamda, güçlü rezonans davranışlarına sahip çeşitli kovuklar, kabukların kaynak bölgeleri olarak tasarlanmıştır. Aynı zamanda, dış yüzeyler, dışarı çıkan elektromanyetik dalgaları güçlendirmek veya zayıflatmak için şekillendirilmiştir. SYİ hüzme üreteçlerinin kapsamlı benzetimlerine ve analizlerine ek olarak, bunların etkin kabiliyetleri 3B yazıcılarla üretilen farklı prototiplerin ölçümleriyle doğrulanmıştır. Diyelektrik çubuklarla SYİ özelliklerini verimli bir biçimde elde edilebilmesi için, çeşitli 3B yazıcı malzemeleri bir elektromanyetik karakterizasyon düzeneği ile kapsamlı olarak incelenmiştir. Çok çeşitli SYİ kabuk yapılarının ölçümleriyle, SYİ özelliklerinin iyi tasarlanmış ve uygun malzemeler içeren diyelektrik çubuk dizilimleriyle başarılı bir şekilde elde edildiği gösterilmiştir. Sonuçlar, çok sayıda mikrodalga uygulamasında faydalı olabilecek alternatif hüzme şekillerinin oluşturulabilmesi için, verimli, etkili, düşük maliyetli ve yeniden yapılandırılabilir SYİ kabukların uygulanabilirliğini göstermektedir.