In this paper, a new approach for the development of planar metamaterial structures is developed. For this purpose, split-ring resonators (SRRs) and complementary split-ring resonators (CSRRs) coupled to planar transmission lines are investigated. The electromagnetic behavior of these elements, as well as their coupling to the host transmission line, are studied, and analytical equivalent-circuit models are proposed for the isolated and coupled SRRs/CSRRs. From these models, the stopband/passband characteristics of the analyzed SRR/CSRR loaded transmission lines are derived. It is shown that, in the long wavelength limit, these stopbands/passbands can be interpreted as due to the presence of negative/positive values for the effective /spl epsiv/ and /spl mu/ of the line. The proposed analysis is of interest in the design of compact microwave devices based on the metamaterial concept.

The electromagnetic theory of diffraction and the Babinet principle are applied to the design of artificial metasurfaces and metamaterials. A new particle, the complementary split rings resonator, is proposed for the design of metasurfaces with high frequency selectivity and planar metamaterials with a negative dielectric permittivity. Applications in the fields of frequency selective surfaces and polarizers, as well as in microwave antennas and filter design, can be envisaged. The tunability of all these devices by an applied dc voltage is also achievable if these particles are etched on the appropriate substrate.

In this letter a super-compact stopband microstrip structure is proposed. The frequency gap is produced by an array of complementary split ring resonators (CSRRs)-a concept proposed here for the first time-etched on the ground plane. This behavior is interpreted as due to the presence of a negative effective dielectric permittivity in the vicinity of resonance. The resulting device produces a deep rejection frequency band with sharp cutoff, and a pass band that exhibits very low losses and good matching. Due to the sub-lambda operation of CSRRs, the electrical size of the device is very small.

Dedicatory. Acknowledgements. Preface. 1. The electrodynamics of left-handed media. 1.1. Wave propagation in left-handed media. 1.2. Energy density and group velocity. 1.3. Negative refraction. 1.4. Fermat principle. 1.5. Other effects in left-handed media. 1.5.1. Inverse Doppler effect. 1.5.2. Backward Cerenkov radiation. 1.5.3. Negative Goos-Hanchen shift. 1.6. Waves at interfaces. 1.6.1. Transmission and reflection coefficients. 1.6.2. Surface waves. 1.7. Waves through left-handed slabs. 1.7.1. Transmission and reflection coefficients. 1.7.2. Guided waves. 1.7.3. Backward leaky and complex waves. 1.8. Slabs with epsilon/epsilon o -1 and / o -1. 1.8.1. Phase compensation and amplification of evanescent modes. 1.8.2. Perfect tunneling. 1.8.3. The perfect lens. 1.8.4. The perfect-lens as a tunneling/matching device. 1.9. Losses and dispersion. 1.10. Indefinite media. 1.11. Problems. References. 2. Synthesis of bulk metamaterials. 2.1. Scaling plasmas at microwave frequencies. 2.1.1. Metallic waveguides and plates as one- and two-dimensional plasmas. 2.1.2. Wire media. 2.1.3. Spatial dispersion in wire media. 2.2. Synthesis of negative magnetic permeability. 2.2.1. Analysis of the edge-coupled SRR. 2.2.2. Other SRR designs. The broadside-coupled SRR. The non-bianisotropic SRR. The double split SRR. Spirals. 2.2.3. Constitutive relationships for bulk SRR metamaterials. 2.2.4. Higher order resonances in SRRs. 2.2.5. Isotropic SRRs. 2.2.6. Scaling down SRRs to infrared and optical frequencies. 2.3. SRR-based left-handed metamaterials. 2.3.1. One-dimensional SRR-based left-handed metamaterials. 2.3.2. Two-dimensional and three-dimensional SRR-based lefthanded metamaterials. 2.3.3. On the application of the continuous medium approach to discrete SRR-based left-handed metamaterials. 2.3.4. The ?superposition? hypothesis. 2.3.5. On the numerical accuracy of the developed model for SRR-based metamaterials. 2.4. Other approaches to bulk metamaterial design. 2.4.1. Ferrite metamaterials. 2.4.2. Chiral metamaterials. 2.4.3. Other proposals. 2.5. Appendix. 2.6. Problems. References. 3. Synthesis of metamaterials in planar technology. 3.1. The dual (backward) transmission line concept. 3.2. Practical implementation of backward transmission lines. 3.3. Two-dimensional (2D) planar metamaterials. 3.4. Design of left handed transmission lines by means of SRRs: the resonant type approach. 3.4.1. Effective negative permeability transmission lines. 3.4.2. Left handed transmission lines in microstrip and CPW technologies. 3.4.3. Size reduction. 3.5. Equivalent circuit models for SRRs coupled to conventional transmission lines. 3.5.1. Dispersion diagrams. 3.5.2. Implications of the model. 3.6. Duality and complementary split rings resonators (CSRRs). 3.6.1. Electromagnetic properties of CSRRs. 3.6.2. Numerical calculation and experimental validation. 3.7. Synthesis of metamaterial transmission lines by using CSRRs. 3.7.1. Negative permittivity and left handed transmission lines. 3.7.2. Equivalent circuit models for CSRR loaded transmission lines. 3.7.3. Parameter extraction. 3.7.4. Effects of cell geometry on frequency response. 3.8. Comparison between the circuit models of resonant type and dual left handed lines. Problems. References. 4. Microwave applications of metamaterial concepts. 4.1. Filters and diplexers. 4.1.1. Stop band filters. 4.1.2. Planar filters with improved stop band. 4.1.3. Narrow band pass filter and diplexer design. 4.1.3.1. Band pass filters based on alternate right/left handed (ARLH) sections implemented by means of SRRs. 4.1.3.2. Band pass filters and diplexers based on alternate right/left handed (ARLH) sections implemented by means of CSRRs. 4.1.4. CSRR-based band pass filters with controllable characteristics. 4.1.4.1. Band pass filters based on the hybrid approach: design methodology and illustrative examples. 4.1.4.2. Other CSRR-based filters implemented by means of right handed sections. 4.1.5. High pass filters and ultra wide band pass filters (UWBPFs) implemented by means of resonant type balanced CRLH metamaterial transmission lines. 4.1.6. Tunable filters based on varactor-loaded split rings resonators (VLSRRs). 4.1.6.1. Topology of the VLSRR and equivalent circuit model. 4.1.6.2. Validation of the model. 4.1.6.3. Some illustrative results: tunable notch filters and stop band filters. 4.2. Synthesis of metamaterial transmission lines with controllable characteristics and applications. 4.2.1. Miniaturization of microwave components. 4.2.2. Compact broadband devices. 4.2.3. Dual band components. 4.2.4. Coupled line couplers. 4.3. Antenna applications. Problems. References. 5. Advanced and related topics. 5.1. SRR and CSRR based admittance surfaces. 5.1.1. Babinet principle for a single split rings resonator. 5.1.2. Surface admittance approach for SRR planar arrays. 5.1.3. Babinet principle for CSRR planar arrays. 5.1.4. Behavior at normal incidence. 5.1.5. Behavior at general incidence. 5.2. Magneto- and electro-inductive waves. 5.2.1. The magneto-inductive wave equation. 5.2.2. Magneto-inductive surfaces. 5.2.3. Electro-inductive waves in CSRR arrays. 5.2.4. Applications of magneto- and electro-inductive waves. 5.3. Sub-diffraction imaging devices. 5.3.1. Some universal features of sub-diffraction imaging devices. 5.3.2. Imaging in the quasi-electrostatic limit. Role of surface plasmons. 5.3.3. Imaging in the quasi-magnetostatic limit. Role of magnetostatic surface waves. 5.3.4. Imaging by resonant impedance surfaces. Magneto-inductive lenses. 5.3.5. Canalization devices. 5.4. Problems. References.

In this letter, a planar left-handed propagating medium consisting of a coplanar waveguide (CPW) inductively coupled to split ring resonators (SRR) and periodically loaded with narrow metallic wires is proposed. The wires make the structure behave as a microwave plasma with a negative effective permittivity which covers a broad frequency range. The negative permeability required to achieve left-handed wave propagation is provided by the rings in the vicinity of their resonant frequency. The result is a structure which allows negative wave propagation in a narrow frequency band. The transmission coefficient measured in a fabricated prototype device exhibits very low insertion losses in the pass band and high-frequency selectivity. Since rings are much smaller than signal wavelength at resonance and can be easily tuned, SRR-CPW-based structures are of interest for the design of very compact microwave circuits based on left handedness.

A microwave microfluidic sensor for dielectric characterization of liquids in real time is presented in this paper. The sensor is implemented in microstrip technology and consists of a symmetric splitter/combiner configuration loaded with a pair of identical split ring resonators (SRRs) and microfluidic channels placed on top of them (gap region). The sensor works in differential mode and sensing is based on frequency splitting. Thus, if the structure is unloaded or if it is symmetrically loaded with regard to the axial plane, only one transmission zero (notch) in the frequency response appears. However, if the axial symmetry is disrupted (e.g., by the presence of different liquids in the channels), two transmission zeros arise, and the difference in magnitude (notch depth) and frequency between such transmission zeros is indicative of the difference in the dielectric properties (complex dielectric constant). A circuit schematic, including transmission line sections to describe the distributed components, lumped elements to account for the SRRs and their coupling to the lines and lumped elements to model the liquid properties, is presented and validated. After proper calibration, the functionality of the proposed sensor is demonstrated by measuring the complex permittivity in solutions of deionized water and ethanol as a function of the ethanol content.

Modules utilized in vehicle-integrated photovoltaics (VIPV) have particularities that make them differ from standard PV modules. These particularities are related to their curvature and operating conditions (changing locations, orientations, etc.) and they need to be addressed in the characterization. A vital characterization test is the angular response test, which allows obtaining the electrical response of the module under different angles of incidence and orientations. Results from these tests on real commercial modules presented some dispersion, which is related to diffuse irradiance. Two outdoors experiments involving a programmable dual-axis tracker were conducted to verify its impact: the first one was made with a 1D highly curved module under cloudy sky conditions to identify the effect of diffuse irradiance on such modules and the second experiment assessed the angular response of a 2D commercial curved module under clear sky conditions. Based on the findings, recommendations are given to minimize dispersion in outdoors angular response measurements.