Ovlivňování šíření elektromagnetických vln za použití umělých materiálů

Abstract

Tato práce se zabývá problematikou uměle vytvořených materiálů na bázi periodických struktur, konkrétně frekvenčně selektivními povrchy a metapovrchy. Hlavní důraz je kladen především na ovlivňování elektromagnetického pole uvnitř budov a na návrhy konstrukcí antén. V případě budov se v závislosti na aplikaci vyžaduje zesílení nebo zeslabení signálů v určitých částech frekvenčního spektra. K tomu lze využít frekvenčně selektivní povrchy, které umožňují prostorovou frekvenční filtraci. Rekonfigurovatelné inteligentní povrchy jsou schopny na základě požadavků měnit své odrazné parametry při nízké spotřebě energie a mohou zvýšit pokrytí signálem uvnitř budov. Z hlediska návrhu antén mohou antény založené na metapovrších mít širokopásmové vlastnosti i při jejich nízkém profilu. Kombinací aktivních metapovrchů s anténami lze docílit přepínání polarizace, kontroly fáze nebo směrování vyzařovaného elektromagnetického pole. V této práci jsou uvedeny studie od základních konceptů až po komplexní struktury a zahrnují následující témata: měření šíření uvnitř budovy při použití elektromagneticky neprůhledného koberce, impedanční charakterizace dipólových prvků, návrh opticky transparentního frekvenčně selektivního povrchu, návrh frekvenčně selektivního povrchu pro zesílení signálu uvnitř místnosti, srovnání metod pro syntézu metapovrchů, návrh a studie reflektorů vyrobených ze standardní dvouvrstvé desky plošných spojů a textilního metapovrchu vyrobeného galvanickým procesem, návrh reflexního přepínatelného polarizačního rotátoru s PIN diodami umožňujícího adaptivní formování paprsku nebo přepínání polarizace antény, návrh širokopásmového anténního systému GNSS pro potlačení a lokalizaci zdroje rušení, návrh SBA antény pro družicovou komunikaci na bázi metapovrchu.

This thesis deals with artificial materials based on periodic structures such as frequency selective surfaces and metasurfaces. Although the list of applications can be very long, this work mainly focuses on the control of electromagnetic propagation inside buildings and the design of antennas. In the case of buildings, signal enhancement or attenuation is required depending on the application. For instance, frequency selective surfaces are capable of spatial frequency filtering which can be useful for electromagnetic management inside secure buildings. Reconfigurable intelligent surfaces are capable of changing the scattering parameters based on the requirements with low power consumption and can improve the signal coverage inside buildings. From an antenna design perspective, antennas based on metasurfaces can provide broadband and low-profile properties. A combination of active metasurfaces with antennas can be advantageous for polarisation switching, phase control or beam-steering.