The study of double-negative metamaterials is a promising research area, as is the transition from regular (double-positive) materials to double-negative metamaterials (LHM). This project aims to numerically validate expressions that describe an impedance-matched transition between a right-handed medium and a left-handed medium with minimal reflections, using realistic unit cells based on square split-ring resonators.

The project used COMSOL Multiphysics to design and simulate the building blocks of the composite, the composite itself, and the transition. Within a narrow frequency range, when the structure is excited with a plane wave, the unit cell of a left-handed medium is shown to have a negative permittivity and permeability. The permeability and permittivity over frequency are calculated iteratively using a material parameter retrieval method based on extracting the S-parameters of the simulated structure. The final composite design has a resonance at about 2.8 GHz. The permeability is equal to -1 at around 2.94 GHz. For that frequency, the permittivity of the composite is equal to about -1.26. These are the parameter values used to create an RHM that is impedance-matched to the LHM composite.

The COMSOL simulations of the composite show a plane wave entering the composite in the +z direction, moving through the composite in the -z direction, and exiting the composite in the +z direction. Hence, the project successfully simulated a backward propagating wave. Simulations of a stepped transition also showed the plane wave traveling in opposite directions in the different materials.

Dubbelnegativa metamaterial är ett intressant forskningsområde, liksom övergången från ett naturligt (dubbelpositivt) material till ett dubbelnegativt metamaterial. Syftet med det här projektet är att nummeriskt validera matematiska uttryck som beskriver en impedansmatchad övergång från ett dubbelpositivt material till ett dubbelnegativt material med minimala reflektioner. Det här görs med hjälp av realistiska enhetsceller bestående av rektangulära split-ring resonatorer.

Projektet använde COMSOL Multiphysics för att designa och simulera kompositens byggstenar, själva kompositen och övergången. För ett begränsat frekvensspann, när strukturen exciteras med en planvåg, visas att enhetscellen har negativ permittivitet och permeabilitet. Permeabiliteten och permittiviteten som funktioner av arbetsfrekvensen beräknas iterativt med hjälp av en materialparameter-extraheringsmetod genom att extrahera S-parametrarna för den simulerade strukturen. Den slutliga kompositdesignen har en resonans vid cirka 2,8 GHz. Permeabiliteten är lika med -1 vid cirka 2,94 GHz. För den frekvensen är kompositens permittivitet cirka -1,26. Dessa är de parametervärden som används för att skapa en RHM som är impedansmatchad till LHM-kompositen.

COMSOL-simuleringarna av kompositen visar en planvåg som går in i kompositen i +z-riktningen, rör sig genom kompositen i -z-riktningen och lämnar kompositen i +z-riktningen. Projektet lyckades därför simulera en bakåtgående våg. Simuleringar av en stegövergång visar också att den plana vågen rör sig i motsatta riktningar i de olika materialen.