Análise de propagação de pulso em meios metamateriais - Mota, Achiles Fontana da (2015)
Este trabalho tem por objetivo o estudo de dispersão de pulsos ultracurtos em estruturas metamateriais para a faixa de micro-ondas. Como é bem sabido, os metamateriais são estruturas altamente dispersivas em qualquer faixa de frequências. Essas características dispersivas são normalmente tratadas como deletérias para a propagação de pulsos. Entretanto, nesta dissertação é demonstrado que essas mesmas características podem produzir efeitos benéficos em certas aplicações. Para isso é realizada uma análise teórica detalhada das características de dispersão de células metamateriais de diferentes geometrias. Adicionalmente, é investigada a propagação de um pulso gaussiano em meios metamateriais infinitos com o objetivo de melhor compreender fenomenologia por trás dos efeitos de dispersão nesses materiais. É também apresentado um novo procedimento de homogeneização de metamateriais que permite descrever estes meios de maneira mais precisa e com menor custo computacional que métodos encontrados na literatura. Esse método é baseado em modelos materiais conhecidos, como os de Lorentz e Drude. Este trabalho também apresenta uma nova abordagem para compressão de pulsos e compensação de dispersão por meio da propagação de pulsos de micro-ondas chirpados em metamateriais no regime de refração negativa. Para conseguir esse efeito, são investigadas placas de metamateriais com espessuras de 1, 3, 5 e 7 células metamateriais utilizando o método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD) juntamente com técnicas de extração de parâmetros. É demonstrado que com o controle do chirp inicial do pulso, em associação com a densidade/geometria das células metamateriais e de sua resposta em frequência, é possível não só compensar o alargamento temporal desses pulsos devido à dispersão cromática como também realizar a compressão temporal por um fator de 2.