Väitös radiotekniikan alalta, Joni Vehmas

Väitöksen nimi on Siirtojohtometamateriaalit, bianisotropia ja bianisotropia siirtojohdoissa

Sähkömagneettiset metamateriaalit ovat keinotekoisia komposiittimateriaaleja, jotka omaavat eksoottisia ja edullisia ominaisuuksia, jollaisia ei löydy luonnollisilta materiaaleilta. Tämä väitöskirja käsittelee metamateriaalien kahta merkittävää alaluokkaa: siirtojohtometamateriaaleja ja bianisotrooppisia väliaineita. Siinä missä yleensä metamateriaalit koostuvat pienistä resonoivista volumetrisista rakenneyksiköistä, siirtojohtorakenteet tarjoavat vähemmän taajuusriippuvan ja vähähäviöisemmän vaihtoehtoisen tavan metamateriaalien toteuttamiseksi. Bianisotrooppiset väliaineet ovat taas metamateriaaleja, joiden sähköiset ja magneettiset vasteet ovat kytköksissä toisiinsa ainutlaatuisella tavalla. Väitöskirja tutkii näitä kahta aihetta erikseen sekä pyrkii yhdistämään nämä aiemmin täysin erilliset tutkimussuunnat.

  Väitöskirjan ensimmäisessä osassa käsitellään siirtojohtometamateriaalien käyttöä käytännöllisissä mikroaaltolaitteissa. Väitöskirjassa esitellään siirtojohtoverkkoihin perustuva sähkömagneettinen verhoamislaite, jonka toimintaa tutkitaan kokeellisesti käytännöllisessä antenniskenaariossa. Lisäksi näytetään, miten verhoamislaitetta voidaan käyttää samanaikaisesti pienin muokkauksin antennina. Lisäksi väitöskirjassa esitellään uudenlainen tasaprofiilinen epähomogeeninen mikroaaltolinssi, joka perustuu periodisesti kuormitettuihin siirtojohtoihin ja kaksi uudenlaista torvimaista suuntaavaa antennia, jotka perustuvat vääristyneisiin siirtojohtoverkkoihin.

Väitöskirjan toisessa osassa on aiheena bianisotrooppiset väliaineet tai tarkalleen ottaen niiden pienet rakenneyksiköt, joita tutkitaan erityisesti sähkömagneettisen sironnan eliminoimisongelmaan liittyen. Nähdään, että bianisotropia voi tarjota ylimääräistä toiminallisuutta ja/tai joustavuutta sironnan kontrolloimiseksi, josta voi olla hyötyä mm. uudenlaisten sensorien suunnittelussa.

Väitöskirjan viimeisessä osassa käsitellään bianisotrooppisten väliaineiden toteuttamista periodisesti kuormitettuja siirtojohtoja käyttäen. Valitsemalla kuormituspiiri oikein siirtojohtorakenteen voidaan havaita käyttäytyvän bianisotrooppisen väliaineen tavoin. Tuloksia voidaan hyödyntää paitsi metamateriaalien suunnittelussa niin myös materiaaliparametrien määrittämiseen liittyvässä tutkimuksessa ja liikkuvan luonnollisen aineen kokeellisessa mallintamisessa.

Vastaväittäjänä toimii professori Ekaterina Shamonina, University of Oxford, United Kingdom

Valvojana on professori Sergei Tretyakov, Aalto-yliopiston sähkötekniikan korkeakoulu, Radiotieteen ja -tekniikan laitos

Väittelijän yhteystiedot
Joni Vehmas
p. 050 436 4787
joni.vehmas@aalto.fi