Application of active elements in artificial electromagnetic structures

disertacija

• Naslov (hrvatski): Primjena aktivnih elemenata u umjetnim elektromagnetskim strukturama
• Autor: Josip Lončar
• Mentor: Silvio Hrabar (mentor)
• Član povjerenstva: Silvio Hrabar (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet elektrotehnike i računarstva; (Zavod za komunikacijske i svemirske tehnologije); Zagreb
• Datum i država obrane: 2017, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Elektrotehnika; Radiokomunikacije
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 621.3 - Elektrotehnika

Sažetak

Active metamaterials are a group of artificial electromagnetic structures that employ active electronic circuits. They are characterized by specific properties, such as amplification, non-reciprocal response, dynamic reconfigurability and dynamic tunability, in addition to properties associated with passive metamaterials. Instability is the most challenging problem facing active metamaterials, especially those incorporating negative elements. The thesis includes a detailed stability analysis of lumped and distributed networks commonly used in modeling of active non-Foster metamaterials. The proposed stability analysis is applied to the model of metasurface-based PT-symmetric system. Finally, the analysis, synthesis, fabrication and experimental verification of passive and active reflective polarization converting metasurfaces are presented. The detailed stability analysis reveals that closed-form stability criterion can be derived only for specific types of distributed networks with negative elements. Some distributed networks are proven to be inherently unstable. Dispersion of a negative element is proposed as a solution to the stability problem. Furthermore, a closed-form stability criterion is derived for the model of PT-symmetric system. The analysis shows that every PT-symmetric system is necessarily marginally stable. Finally, stable operation of the active metasurface was ensured and verified. The desired effects of amplification, polarization conversion, polarization selectivity and non-reciprocal response were successfully demonstrated.

Sažetak (hrvatski)

Aktivni metamaterijali su grupa umjetnih elektromagnetskih struktura koja rabi aktivna elektronička sklopovlja. Uz svojstva pasivnih metamaterijala, karakteriziraju ih dodatna specifična svojstva, kao što su pojačanje, nerecipročni odziv, dinamička rekonfigurabilnosti i dinamičko ugađanje. Osnovni problem aktivnih metamaterijala, naročito onih s negativnim elementima, je stabilnost. Disertacija predstavlja detaljnu analizu stabilnosti koncentriranih i distribuiranih mreža uobičajeno rabljenih u modeliranju aktivnih nefosterovskih metamaterijala. Predložena analiza stabilnosti primijenjena je na model PT-simetričnog sustava temeljenog na metapovršinama. Naposljetku, predstavljena je analiza, sinteza, izrada i eksperimentalna verifikacija pasivne i aktivne reflektirajuće metapovršine za konverziju polarizacije. Detaljna analiza stabilnosti otkriva da je kriterij stabilnosti moguće izvesti samo za specifične tipove distribuiranih mreža s negativnim elementima. Pokazano je da su neke distribuirane mreže inherentno nestabilne. Disperzija negativnog elementa je predložena kao rješenje problema nestabilnosti. Nadalje, izveden je kriterij stabilnosti za model PT-simetričnog sustava. Analiza pokazuje da je svaki PT-simetrični sustav nužno margninalno stabilan. Naposljetku, osiguran je i potvrđen stabilan rad aktivne metapovršine. Željeni efekti pojačanja, konverzije polarizacije, selektivnosti polarizacije i nerecipročnog odziva su uspješno demonstrirani.

• Ključne riječi: negative elements; stability analysis; PT symmetry; metasurfaces
• Ključne riječi (hrvatski): negativni elementi; analiza stabilnosti; PT simetrija; metapovršine
• Jezik: engleski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:758673
• Studijski program: Naziv: Elektrotehnika i računarstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: Doktor znanosti elektrotehnike i računarstva (dr.sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Opseg: 172 str. ; 30 cm.
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Zatvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2019-04-05 14:28:13