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Zusammenfassung (Deutsch)

Die Dissertationsschrift befasst sich mit der Analyse und der Synthese von Filtern und Absorbern auf der Basis von ebenen frequenzselektiven Flächen (FSS) für den mm- und Submm-Wellenbereich mit dem Ziel, auf spezielle Anforderungen zugeschnittene Designparametersätze zu erarbeiten.

Mit der Näherung, dass die FSS als periodisch aufgebaute, lateral unendlich ausgedehnte Strukturen betrachtet werden können, kann das entsprechende feldtheoretische Problem mit Hilfe der Green'schen Funktionen analytisch formuliert werden. Es ergibt sich eine Integralgleichung für die elektrischen und magnetischen Ströme, die sehr effizient mit der Momentenmethode (Galerkin-Verfahren) gelöst wird. Eine deutlich bessere Modellierung kann mit numerischen Feldlösern erzielt werden. Für die Modellierung endlich großer FSS-Strukturen und deren Anregung durch Hornantennen wird deshalb ein kommerzielles Programm auf der Basis der Finiten Integrationstechnik (FIT) verwendet, wobei sich jedoch der Bedarf an der Rechenkapazität (Speicher, Rechenzeit) deutlich vergrößert.

Mit beiden Vorgehensweisen kann man die in der Arbeit untersuchten Strukturen - Bandpassfilter und Absorberstrukturen für Bolometer - sehr gut analysieren. Dabei zeigt sich, dass die Abhängigkeit der gewünschten Spezifikationen von den verfügbaren Geometrie-/Materialparametern auch nicht nur ansatzweise angebbar ist. Deshalb wird für weiterführende Optimierungen eine stochastische Methode - die Particle Swarm Optimization (PSO) eingesetzt, die auf einem evolutionären Optimierungsalgorithmus basiert. Es kann gezeigt werden, dass durch problemangepasste Formulierungen der so genannten Fitness-Funktionen spezielle Anforderungen an den Frequenzgang erfüllt werden können.

Zusammenfassung (Englisch)

This thesis deals with the analysis and the synthesis of filters and absorbers based on plane Frequency Selective Surfaces (FSS) for the millimetre and submillimetre wave range. The aim is to optimize the design parameters, so that special requirements are met.

With the approximation that the FSS can be considered as periodic lateral infinite structures, the corresponding electromagnetic field problem can be formulated analytically with the help of the Green's functions, resulting in an integral equation for the electric and magnetic currents, which is solved very efficiently by the method of moments (Galerkin method). A significantly better modelling can be achieved by numerical procedures. Therefore, for the modelling of FSS structures of finite size and their excitation by horn antennas, a commercial computer code is used on the basis of the Finite Integration Technique (FIT), however, requiring much more computer resources (memory, calculating time).

The structures that are studied in this work - bandpass filters and absorber structures for bolometers - can be successfully analyzed by these two methods. It shows that the dependence of the desired specifications on the available geometry/material parameters cannot be given at all. Therefore, a stochastic optimization method - the Particle Swarm Optimization (PSO) - is applied, which is based on an evolutionary optimization algorithm. It can be shown that the special requirements of the frequency responses can be fulfilled by fitness functions, which are formulated specified for the particular problem.

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