Návrh a optimalizace struktur s elektromagnetickým zádržným pásmem

Abstract

Dizertační práce pojednává o návrhu a optimalizaci periodických struktur s elektromagnetickým zádržným pásmem (EBG – electromagnetic band gap) pro potlačení povrchových vln šířících se na elektricky tlustých dielektrických substrátech. Nepředvídatelné chování elektromagnetických vlastností těchto struktur v závislosti na parametrech elementární buňky činí jejích syntézi značně komplikovanou. Bez patřičného postupu je návrh EBG struktur metodou pokusu a omylu. V první části práce jsou shrnuty základní poznatky o šíření elektromagnetických vln v tzv. metamateriálech. Následně je diskutován správný způsob výpočtu disperzního diagramu ve vybraných komerčních programech. Jádrem dizertace je automatizovaný návrh a optimalizace EBG struktur využitím různých globálních optimalizačních algoritmů. Praktický význam vypracované metodiky je předveden na návrhových příkladech periodických struktur s redukovanými rozměry, dvoupásmovými EBG vlastnostmi, simultánním EBG a AMC (artificial magnetic conductor – umělý magnetický vodič) chováním a tzv. superstrátu. Poslední kapitola je věnována experimentálnímu ověření počítačových modelů.The thesis deals with the design and optimization of periodic structures for surface waves suppression on electrically dense dielectric substrates. The design of such structures is rather complicated due to the large factor of uncertainty how the electromagnetic band gap (EBG) properties change depending on the unit cell geometry. Without a proper approach, the design of EBGs is based on trial-and-error. In this thesis, the basic theory of electromagnetic wave propagation in metamaterials is presented first. Second, the correct dispersion diagram computation in the selected full-wave software tools is discussed. The main attention is turned then to the automated design and optimization of EBG structures using different global evolutionary algorithms. The practical exploitation of the developed technique is demonstrated on design examples of reduced-size and dual-band EBGs, periodic structures with simultaneous electromagnetic band gap and artificial magnetic conductor (AMC) properties and periodic structures acting as superstrates. The last chapter of the thesis is devoted to the experimental verification of computer models.