Ανάπτυξη ημιαναλυτικών μεθόδων επίλυσης ηλεκτρομαγνητικών προβλημάτων με εφαρμογή στην ανάλυση και σχεδίαση περιοδικών δομών ελέγχου της προσπίπτουσας ακτινοβολίας

Abstract

The requirement for wavefront control of the propagating electromagnetic radiation and control over other electromagnetic phenomena is urgent for the development of a wide range of technologies, aligned with modern capabilities. The development of a new type of artificial materials with exotic, designed electromagnetic properties has made a significant contribution to fulfilling this requirement and has leveraged the development of the above technologies. Therefore, these materials, known as metamaterials, have gained the attention of a large number of researchers in subjects related to these technologies.In this thesis, the aim is to utilize the existing knowledge in metamaterials for the design of prototype directional antennas at high frequencies and the development of highly accurate analytical and semi-analytical models that approach the electromagnetic response of metasurfaces. The developed models are applied to the design of metasurfaces for anomalous reflection and absorption of EM waves, as well as metasurfaces with programmable functions, known as reconfigurable intelligent surfaces (RIS).

Η απαίτηση για έλεγχο στη διάδοση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων και άλλων ηλεκτρομαγνητικών φαινομένων είναι επιτακτική για την ανάπτυξη, σε αντιστοιχία με τις σύγχρονες δυνατότητες, μεγάλου εύρους τεχνολογιών. Η ανάπτυξη ενός νέου τύπου τεχνητών υλικών με εξωτικές, σχεδιασμένες ηλεκτρομαγνητικές ιδιότητες έχει εξαιρετική συμβολή στην εκπλήρωση αυτής της απαίτησης και έχει δώσει σπουδαία ώθηση στην ανάπτυξη των παραπάνω σε αυτήν την κατεύθυνση. Ως εκ τούτου τα υλικά αυτά, γνωστά ως μεταϋλικά, έχουν αποτελέσει πόλο έλξης επιστημονικού ενδιαφέροντος για μεγάλο αριθμό ερευνητών συναφών αντικειμένων με τις εν λόγω τεχνολογίες. Σε αυτή τη διατριβή, σκοπός είναι η αξιοποίηση της υπάρχουσας γνώσης στα μεταϋλικά για τη σχεδίαση πρωτότυπων κατευθυντικών κεραιών σε υψηλές συχνότητες και η ανάπτυξη αναλυτικών και ημι-αναλυτικών μοντέλων που προσεγγίζουν με μεγάλη ακρίβεια την ηλεκτρομαγνητική απόκριση μεταεπιφανειών. Τα μοντέλα που αναπτύσσονται εφαρμόζονται στη σχεδίαση μεταεπιφανειών για ανώμαλη ανάκλαση και απορρόφηση ΗΜ κυμάτων, καθώς και μεταεπιφανειών με προγραμματιζόμενες λειτουργίες.