Tunable Microwave Metamaterial Structures (eBook)

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2016 | 1st ed. 2016
XVII, 138 Seiten
Springer International Publishing (Verlag)
978-3-319-28179-7 (ISBN)

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Tunable Microwave Metamaterial Structures - Matthias Maasch
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This book presents original findings on tunable microwave metamaterial structures, and describes the theoretical and practical issues involved in the design of metamaterial devices. Special emphasis is given to tunable elements and their advantages in terms of feeding network simplification. Different biasing schemes and feeding network topologies are presented, together with extensive prototype measurements and simulations. The book describes a novel, unique solution for beam steering and beam forming applications, and thus paves the way for the diffusion of new agile communication system components. At the same time, it provides readers with an outstanding and timely review of wave propagation in periodic structures, tunability of metamaterials and the technological constraints that need to be considered in the design of reconfigurable microwave components.

Parts of this thesis have been published in the following journal articles: 6
Supervisor's Foreword 8
Acknowledgments 10
Contents 11
About the Author 13
Symbols 14
1 Introduction 17
References 19
2 Wave Propagation in Periodic Structures 22
2.1 Material Parameters of Distributed Periodic Structures 22
2.2 Dispersion Functions and Transmission Line Model 24
2.3 Causality and Its Consequences on Dispersion 29
2.3.1 Application to Different Unit Cell Configurations 32
2.3.2 Kramers--Kronig Relation for Phase Reconstruction 37
2.4 Effective Material Parameters of Discrete Periodic Structures 39
References 48
3 Implementation of Three-Dimensional Lorentz-Drude-Materials 50
3.1 Wire Lattice 50
3.2 Split-Ring Resonator 53
3.3 Hollow Waveguides 58
References 61
4 Extraction of Dispersion Parameters 63
4.1 Extraction from Scattering Parameters 63
4.1.1 Nicolson--Ross--Weir Extraction Method with Phase Reconstruction 63
4.1.2 Consideration of Higher Order Modes in Scattering Parameters 67
4.1.3 Eigenmode Determination from Simulated Scattering Parameters 71
4.2 Fullwave Eigenmode Computation 73
4.2.1 Bloch Impedance Extraction by Field Averaging 73
4.2.2 Farfield Computation from Eigenmode Results 77
References 85
5 Tunable Transmission Line Metamaterials 87
5.1 Tunable Double Series Transmission Line 88
5.2 Liquid Crystals for Voltage Tunable Components 94
5.3 Tunable Artificial Transmission Line Using Liquid Crystal 97
5.4 Tunable Open Split-Ring Resonator 102
References 106
6 Artificial Gradient-Index Lens 108
6.1 Gradient-Index Structures for Beam Scanning 108
6.2 Tunable Split-Ring Resonator 111
6.3 Tunable Omega Resonator 118
6.4 Tunable Fishnet Structure 124
6.4.1 Static Gradient-Index Fishnet Structure 127
6.4.2 Voltage Tunable Gradient-Index Fishnet Structure 134
References 139
7 Conclusion and Outlook 142
Appendix 146

Erscheint lt. Verlag 23.1.2016
Reihe/Serie Springer Theses
Springer Theses
Zusatzinfo XVII, 138 p. 143 illus., 122 illus. in color.
Verlagsort Cham
Sprache englisch
Themenwelt Technik Elektrotechnik / Energietechnik
Schlagworte Artificial Gradient-index Lens • Discrete Periodic Structures • Distributed Periodic Structures • Eigenmode Simulation • Electrically Tuned Liquid Crystal • Fullwave Simulation • liquid crystals • Transmission Line Metamaterials • Tunable Components • Tunable Gradient Index Lens • Voltage Tunability • wave propagation
ISBN-10 3-319-28179-8 / 3319281798
ISBN-13 978-3-319-28179-7 / 9783319281797
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