Search

Bu tezde metamalzemelerin elektromanyetik özelliklerinin düzgün ve doğru olarak belirlenmesi için iki konu incelenmiştir. Birincisi, kiral metamalzemelerin sınırlarındaki yüksek seviye Bloch modlar nedeniyle oluşan yakın alan etkilerini dikkate alıp, elektromanyetik parametrelerinin çıkarımını yapan güçlü bir yöntemi içermektedir. İkincisi ise metamalzeme alt taşının kaybı dikkate alınarak bitişik veya yakın olan metamalzemeler arasındaki kuplaj etkisi analiz edilmiştir. Bu doğrultuda, bu iki analizin başarılması için metamalzemelerin temel özellikleri hakkında bilgiler verilmiştir ve özellikle de kiral metamalzemelerin karakteristiği sunulmuştur. Bununla birlikte, bi-isotropik malzemelerin sınıflandırılması tanımlanmıştır ve kiral malzemelerin konsepti detaylı bir şekilde tartışılmıştır. Sonra, kiral metamalzemelere has çembersel dikroizm ve optiksel aktivite özellikleri gösterilmiştir. Ayrıca, bu tez çerçevesi kapsamında hilal şekilli yeni bir kiral metamalzeme konfigürasyonu önerilmiştir ve bu hilal şekilli metamalzemenin özellikleri literatürde iyi bilinen ve yaygın olan U-şekilli ve kros-şekilli kiral metamalzemelerle karşılaştırılıp, sınanmıştır. Diğer yandan, rezonatör metamalzemeler arasındaki kuplaj etkisini göstermek için ilk önce normal dielektrik (polietilen-rezonazsız) bir malzeme ile doğrulanmıştır. Sonrada, metamalzeme hücreleri arasındaki mesafe ve dielektrik alt taşının kaybı dikkate alınarak kuplaj etkisinin seviyeleri analiz edilmiştir. Yaptığımız çalışmaları desteklemek için CST - Mikrodalga kütüphanesi kullanılarak X-bandında (8.2-12.4GHz) benzetimler yapılmıştır. For accurate retrieval of electromagnetic properties of metamaterials (MMs), two subjects have been investigated throughout this thesis. The first subject involves a robust and accurate retrieval method for chiral MMs by taking into account the near-field effects which might be present around the borders of MMs due to high order Bloch modes. The second subject is about investigation of coupling phenomenon between nearby and adjacent MM slabs via considering substrate loss. Toward this end, to achieve investigated two subjects first the fundamental characteristics of chiral MMs are introduced. Then, classification of bi-isotropic media was described and the concept of chirality properties was clarified in detail. Next, the importance of near-field effects for chiral MMs was discussed. Moreover, the special properties of chiral MMs which are circular dichroism and optical activity were demonstrated. Furthermore, a new type of crescent-shaped chiral MM configuration was proposed in the framework of our analysis. In order to check the properties of crescent-shaped MM structure, different U-shaped and cross-shaped chiral configurations commonly utilized in the literature have been examined for comparison. On the other hand, to validate the coupling phenomenon between the resonating MM slabs, a conventional dielectric sample (polyethylene-nonresonant) was first considered. Then, the effect of distance between the resonating MM slabs and the effect of loss inside substrate on the strength of coupling effects were examined. Simulations were performed by CST Microwave Studio at X-band (8.12 - 12.4 GHz) to support our analysis. 123

Bilindiği üzere metamalzemeler, normal malzemelerde bulunmayan negatif kırılma indisi ve mükemmel lens gibi elektromanyetik özellikleri mühendislik tasarımları kazandırılarak üretilmektedir. Metamalzemenin geniş kapsama alanı içerisinde, bianizotropik metamalzemeler ileri-geri empedans ve yansıma saçılma parametrelerinin farklılık göstermesi ve kuplaj katsayısına sahip olması nedeniyle normal metamalzemelerden farklı özellikler göstermektedir. Bildiğimiz kadarıyla literatürde, bianizotropik bir metamalzeme ve normal malzemeden oluşan bir kompozit yapının elektromanyetik dalga yayılım karakteristiğini henüz inceleyen olmamıştır. Bu tezde, yukarda bahsedilen kompozit yapının yayılım karakteristiği incelenmiştir. Bu amaç doğrultusunda bu kompozit yapının analitik olarak ileri-geri yansıma ve iletim saçılma parametreleri normal düzlemsel gelen dalga modeli ile bulunmuştur. Bununla birlikte bulunan parametreler nümerik analiz olarak da doğrulanmıştır. Son olarak, saçılma parametrelerinin bulunması ve doğrulanmasından sonra yarık halka rezonatör yapı ile bu kompozit yapının dalga yayılım karakteristiği elektromanyetik yazılım simülasyon programı olan CST mikrodalga kütüphanesi ile de analiz edilerek desteklenmiştir. It is well-known that metamaterials fabricated by an engineering design possess electromagnetic properties unavailable in conventional materials such as negative refractive index and perfect lens. Within the broad scope of metamaterials, bi-anisotropic metamaterials have properties different than isotropic metamaterials in that they have different forward and backward wave impedances, different forward and backward reflection scattering parameters, a wider stop-band compared to isotropic metamaterials, and a magneto-electric coupling coefficient. In the literature, wave propagation characteristics of different composite metamaterial media are investigated. To our best knowledge, wave propagation characteristics of a composite structure comprising of a bi-anisotropic metamaterial slab and an isotropic conventional slab has not yet been analyzed. In this thesis, propagation characteristics of the aforementioned structure is investigated. In the purpose of this thesis we analytically derived forward and backward reflection and transmission scattering parameters of the composite structure, for a uniform plane wave incident normally to the composite medium. Moreover, analytically derived parameters are validated by a numerical analysis. Finally, after derivation and validation of scattering parameters, we analyzed the wave characteristics of the composite structure fabricated by only split ring resonators using a commercially available electromagnetic/microwave simulation software package (CST Microwave Studio). 99