Analýza elektromagnetické vlny na rozhraní heterogenního prostředí

Analysis of an Electromagnetic Wave on the Boundary between Ellectromagnetic Materials

Ph.D. thesis principal points

Czech

Práce se zabývá analýzou řešení poměrů na rozhraní vrstev s různými elektromagnetickými vlastnostmi s využitím důsledného teoretického odvození analytických vztahů. Problém řeší i pro vícenásobná rozhraní se zahrnutím efektu šíření elektromagnetické vlny s rozdílnou okamžitou rychlostí. Práce obsahuje přehled a formulaci základních vlastností metod používaných pro analýzu šíření elektromagnetické vlny, a to zejména paprskových modelů. V průběhu řešení disertační práce byly navrženy a ověřovány algoritmy pro analýzu složek elektromagnetického pole na souboru odlišných rovinných vrstevnatých materiálů. Algoritmus byl sestaven tak, aby bylo snadné vyhodnocovat všechny složky elektromagnetického pole v závislosti na rychlosti šíření vlny v heterogenním prostředí. Navržené algoritmy jsou porovnávány pomocí odlišných numerických metod pro modelování elektromagnetických vln na rozhraní materiálu. Byly porovnány složky elektromagnetického pole ve společných bodech modelu. Ve spojení s nástroji pro analýzu odezvy materiálu na zdroj spojitého signálu představují algoritmy doplňující nástroj pro návrh vrstevnatého materiálu. Návrh vrstevnatého materiálu umožňuje realizovat například bezodrazové plochy, bezodrazový přechod mezi prostředími a filtry jak pro optické, tak pro radiové kmitočty.

The proposed dissertation thesis contains an analysis of conditions on the boundary between layers having varied electromagnetic properties. The research is performed using consistent theoretical derivation of analytical formulas, and the underlying problem is considered also in view of multiple boundaries including the effect of the propagation of electromagnetic waves having different instantaneous speed. The author presents a survey and formulation of the basic characteristics of methods used for electromagnetic wave propagation analysis; in this respect, special emphasis is placed on radial models. The processing of the topic involved the designing and verification (using a set of different, layered planar materials) of algorithms to analyze the electromagnetic field components. The algorithm was assembled to enable simple evaluation of all components of the electromagnetic field in relation to the speed of the wave propagation in a heterogeneous environment. The proposed algorithms are compared by means of different numerical methods for the modelling of electromagnetic waves on the boundary between materials; moreover, electromagnetic field components in common points of the model were also subject to comparison. When in conjunction with tools facilitating the analysis of material response to the source of a continuous signal, the algorithms constitute a supplementary instrument for the design of a layered material. Such design enables the realization of, for example, recoilless plane, recoilless transition between different types of environment, and filters for both optical and radio frequencies.

Elektromagnetická vlna, odraz a lom elektromagnetické vlny, Snellův zákon, polarizace, interference, vrstvy, multivrstvy, metamateriály, metoda Ray-tracing a metoda konečných prvků (MKP).

Electromagnetic wave, reflection, refraction, Snell’s law, polarization, interference, layer, multi-layer, metamaterial, Ray-tracing method, Finite element method (FEM).

KADLEC, R.

24. 2. 2014

Brno

31