Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

    Belépés
    címtáras azonosítással

    vissza a tantárgylistához   nyomtatható verzió    

    Elektromágneses metaanyagok és alkalmazásaik

    A tantárgy angol neve: Electromagnetic Metamaterials and Its Applications

    Adatlap utolsó módosítása: 2016. október 13.

    Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
    Villamosmérnöki és Informatikai Kar
    Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
    VIHVAV05   4/0/0/v 4  
    3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szabó Zsolt, Szélessávú Hírközlés és Villamosságtan Tanszék
    4. A tantárgy előadója

    Dr. Szabó Zsolt, Habil

    Docens

    HVT, BME

    Kalvach Arnold

    Doktorandusz

    HVT, BME

    5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít

    Fizika, Elektromágneses terek.

    6. Előtanulmányi rend
    Ajánlott:

    Előtanulmányi követelmény nincs.

    7. A tantárgy célkitűzése

    A tantárgy bevezetést nyújt a mesterséges elektromágneses szeerkezetekkel, metaanyagokkal és fotonikus kristályokkal létrehozható különleges elektromágneses jelenségek elméletébe. Tárgyalja a szükséges elektromágneses ismeretek és bemutatja ezen szerkezetek segítségével létrehozható eszközöket.

    8. A tantárgy részletes tematikája

    1. Bevezetés: Mikroszkopikus Maxwell Egyenletek. Az elektromágneses tér forrásai. Elektromos és mágneses dipólus sugárzása. Az elektromos és mágneses dipólusok kisugárzott teljesítményeinek aránya. Az anyag, mint sugárzó dipólusok szuperpozíciója. Mágneses momentum precessziója állandó és homogén külső térben. A precesszió átlagos ideje.

    2. Az elektromágneses anyagparaméterek frekvenciafüggése. Szigetelők elektromos permittivitása. Fémek elektromos permittivitása. Az anyagparaméterek változása a nanométeres tartományban. Anizotrop anyagok.

    3. Elektromágneses hullámok reflexiója és transzmissziója izotróp és anizotróp anyagú vékonyrétegeken. A plazmonika alapjai. Szigetelő-fém struktúrák. Szigetelő-fém-szigetelő és fém-szigetelő-fém struktúrák. Plazmonikus hullámvezetők, szenzorok.

    4. Elektromágneses terek szóródása tetszőleges alakú részecskéről. Szóródás gömb alakú részecskéről. Nanoantennák.

    5. Kompozit anyagok. Maxwell-Garnett és Brugemann féle keverési törvények.

    6. Rádiófrekvenciás és mikrohullámú periodikus szerkezetek, frekvencia választó felületek, PEC, PMC.

    7. Metaanyagok. A negatív törésmutató fogalma. Elektromágneses hullámok negatív törésmutatójú metaanyagokban. Metaanyagok homogenizálása, az effektív anyagparaméterek meghatározása. Elektromos permittivitás tervezése: periodikus fémes nanohuzalok és nanoszerkezetek effektív permittivitása. Mágnesesség az optikai frekvenciákon. Rezonáló fémes szerkezetek permeabilitása. Split ring resonator és fishnet típusú struktúrák. Metaanyagok alkalmazási lehetőségei: diffrakciós határ alatti felbontás, elektromágneses elrejtés, nemkonvencionális nanolitográfia.

    8. Fotonikus kristályok. Bragg törvény. 1D fotonikus kristály tiltott sávjainak számítása. Két és háromdimenziós fotonikus kristályok. Diszperziós egyenletek. Optikai tiltott sávok numerikus számítása. Fotonikus kristály alapú optikai eszközök: üregrezonátorok és hullámvezetők. Kitekintés: optikai, plazmonikus és elektromos rendszerek integrálása.

    9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium)

    Előadás és számítógépes gyakorlatok az előadások keretében.

    10. Követelmények

    a. A szorgalmi időszakban: szóbeli beszámoló az önállóan kidolgozandó feladathoz kapcsolódó irodalomról. Az aláírás feltétele a szóbeli beszámoló.

    b. A szorgalmi időszakban: az önállóan kidolgozandó feladat elkészítése.

    c. A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga.

     

    Elővizsga: nincs.

    11. Pótlási lehetőségek

    A beszámoló a pótlási héten pótolható.

    12. Konzultációs lehetőségek

    A szorgalmi időszakban a tárgy oktatóinak heti fogadóóráján, a vizsgaidőszakban az oktatóval egyeztetett időpontban lehet konzultálni. A fogadóóra időpontja a tanszéki hirdetőtáblán vagy a tanszék honlapján megtalálható.

    13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom

    Ajánlott irodalom:

    1. L. Solymár and E. Shamonina, Waves in Metamaterials. Oxford, University Press, 2009.

    2. J. D. Joannopoulos, S. G. Johnson, J. N. Winn, R. D. Meade, Photonic Crystals, Molding the Flow of Light, Second Edition, Princeton University Press, 2008.

    3. C. F. Bohren, D. R. Huffman, Absorption and Scattering of Light by Small Particles, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2004.

    4. A. Sihvola, Electromagnetic Mixing Formulae and Applications, The Institution of Engineering and Technology, 2000.

    5. B. Munk, Frequency Selective Surfaces: Theory and Design, John Willey & Sons, 2000.

    6. D. J. Griffiths, Introduction to Electrodynamics, Third Edition, Pearson, Addison Wesly, 1999.

    14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
    Kontakt óra56
    Félévközi készülés órákra14
    Felkészülés zárthelyire
    Házi feladat elkészítése20
    Kijelölt írásos tananyag elsajátítása5
    Vizsgafelkészülés25
    Összesen120
    15. A tantárgy tematikáját kidolgozta

    Dr. Szabó Zsolt, Habil

    Docens

    HVT, BME