Рибін О. М. Двокомпонентні метаматеріали і мікросмужкові антени на їх основі.

Дана дисертація присвячена теоретичному й експериментальному дослідженню ефективних електродинамічних властивостей двокомпонентних метало-діелектричних метаматеріалів у надвисокочастотному (НВЧ) діапазоні, а також створенню концепції мініатюризації мікросмужкових прямокутних антен НВЧ-діапазону з підкладками на основі зазначених метаматеріалів із поліпшеними характеристиками ближнього і далекого полів. Перший розділ присвячений огляду літератури за темою дисертації та обґрунтуванню вибору напрямку дослідження, його мети, а також завдань, які необхідно розв’язати для досягнення мети. Другий розділ дисертації присвячений створенню теорії ефективного середо-вища для безмежного ізотропного діелектрика з періодично вбудованими в нього немагнітними металевими включеннями циліндричної і сферичної форми. Уперше отримані мікрохвильові наближення для ефективних електромагнітних відгуків для таких композитних середовищ. Уперше показано, що в НВЧ-діапазоні ці композитні середовища мають приріст ефективної відносної діелектричної проникності і діамагнітну ефективну відносну магнітну проникність, а також володіють низькими як діелектричними, так і магнітними втратами. Уперше дано фізичне пояснення явища приросту ефективної відносної діелектричної проникності та явища діамагнітної ефективної відносної магнітної проникності для розглянутих в даному розділі безмежних немагнітних мета матеріалів. Третій розділ дисертації присвячений експериментальному підтвердженню теорії, створеної у другому розділі. З цією метою було виготовлено композитні матеріали у вигляді діелектричних матриць паралелепіпедної форми з періодично вбудованими в них металевими включеннями циліндричної форми. Також даний розділ присвячений вимірюванням ефективних проникностей таких метаматеріалів. У розділі розроблений і практично апробований новий та недорогий метод вимірювання ефективних проникностей метаматеріалів. Четвертий розділ дисертації присвячено аналітичному дослідженню в НВЧ-діапазоні ефективних електродинамічних параметрів шаруватих метал-діелектричних композитів та розробці чисельно-аналітичного алгорітму пошарової декомпозиції плоских композитних/метаматеріальних середовищ. Показано, що плоскі метало-діелектричні композитні середовища характеризуються приростом дійсної частини ефективної відносної діелектричної проникності і діамагнітною дійсною частиною ефективної відносної магнітної проникності, причому дані ефекти виявляються сильнішими, якщо в композиті можна виділити елементарну комірку, тобто якщо композит є метаматеріалом. П'ятий розділ присвячено створенню теорії ефективного середовища для безмежного ізотропного діелектрика з періодично вбудованими в нього феромагнітними металевими включеннями циліндричної і сферичної форм, намагнічений повністю або частково під дією зовнішнього постійного магнітного поля. Уперше отримані тензори ефективної магнітної проникності для таких магнітних метаматеріалів. Уперше показано, що метаматеріали в НВЧ-діапазоні мають такі властивості: як при частковому, так і при повному намагнічуванні включень, в залежності від напрямку розповсюдження ЕМ-хвилі, у розглянутих метаматеріальних середовищах виявляються ефекти, що супроводжуються: а) приростом дійсної частини ефективної відносної магнітної проникності; б) ультранизькими значеннями дійсної частини ефективного коефіцієнта заломлення; в) негативними значеннями дійсної частини ефективної відносної магнітної проникності; г) тангенс кута магнітних втрат може сильно коливаться. У даному розділі також уперше отримано умова відсутності втрат у слабкому полі для розглянутих магнітних метаматеріалів. Уперше показано, що при різних значеннях зовнішнього постійного магнітного поля дані магнітні метаматеріали можуть замикати проходження монохроматичних компонентів НВЧ-хвилі, забезпечувати її повне проходження в заданому діапазоні частот або інвертувати її фазу. Шостий розділ дисертації присвячено розробці принципів мініатюризації мікросмужкових прямокутних антен НВЧ-діапазону з подальшим поліпшенням характеристик ближнього та далекого полів таких антен. Уперше показано, що можна домогтися суттєвої мініатюризації профілю прямокутної мікросмужкової антени і поліпшення її коефіцієнта посилення за потужністю і коефіцієнта корисної дії при використанні в якості підкладки метама-теріалів або композитів з приростом ефективної відносної діелектричної проникності і/або ефективної відносної магнітної проникності. Причому, поліпшення даних параметрів антен також відбувається при збільшенні кількості метаматеріальних шарів у випадку композитних підкладок, при збереженні об'ємного профілю антени. У даному розділі вперше отримані основні співвідношення між резонансною частотою хвилі і бажаною товщиною метаматеріальної підкладки антени в припущенні мінімально можливого об'ємного профілю антени з немагнітною підкладкою з приростом ефективної відносної діелектричної проникності.