In this dissertation, the operation of dual-linear polarized antennas is considered in order to provide ideal performance suited for several applications including polarimetric synthetic aperture radar (SAR), wireless and satellite communications. The underlying objectives realized in this work are reported as design realizations of dual-linear polarized antennas with low cross polarization patterns and high isolation between ports that employ special properties of the electromagnetic metamaterial (MTM) structures. Some of these key properties appear as negative permittivity, negative permeability, negative refractive index, and antiparallel nature of the phase velocity and the group velocity. The antenna design is carried out at two frequencies, 5.5 GHz and 10 GHz, and key physical issues that affect the operation of dual-linear polarization operation antennas are treated in light of electromagnetic MTM properties. It’s well known that a dual linear polarized antenna poses a big challenges such as cross polarization patterns and high mutual coupling between two input ports. Therefore, these drawbacks are key topic that receive significant attention in literature which reports on how to mitigate these drawbacks, however, at the expense of complexity of the antenna structures. The MTM structures have received considerable coverage in antenna research for obtaining size reduction, directivity enhancement, and beam steering. For this purpose, different MTMs structures are chosen in this thesis for achieving additional improvements, while keeping the antenna design as simple as possible, something which is very difficult to accomplish using conventional design methods. / In der folgenden Dissertation wird der Einsatz von zweifach linear polarisierten Antennen zur idealen Ausführung von verschiedenen Anwendungen, einschließlich von polarimetrischen Synthetic Aperture Radar (SAR), kabellose und satellitengestützte Kommunikation, diskutiert. Die Ziele dieser Arbeit werden dargestellt durch die Gestaltung von zweifach linear polarisierten Antennen mit gering Kreuz-Polarisationsmustern und die starke Isolation zwischen den Ports durch die einzigartigen Eigenschaften der Strukturen des elektromagnetischen Metamaterials (electromagnetic metamaterial; MTM). Einige dieser Eigenschaften treten als negative Permittivität, negative Permeabilität, negativer Brechungsindex und als antiparallel Richtungen (Gegenvektor) der Phasen-und Gruppengeschwindigkeit auf. Somit wird die Antennengestaltung auf zwei Frequenzen übertragen, 5,5GHz und 10 GHz, und die Ausführung der zweifach linearen Polarisation wird durch die elektromagnetischen Eigenschaften des MTM illustriert. Weil die Kreuzpolarisationsmuster und starke gegenseitige Koppelung zwischen zwei Input-Ports bei einer zweifach linear polarisierten Antenne große Schwierigkeiten bereiten, werden diese im Großteil der Fachliteratur als Schwerpunkte gesetzt, was zu einer Milderung der Nachteile führte, jedoch dafür die Komplexität der Antennenstruktur zunahm. Die Vielfalt an MTM ist ein bedeutender Teil im Bereich der Antennenforschung einschließlich der Größenverkleinerung, der Verbesserung der Richtcharakteristik und der Strahlensteuerung. Für diesen Zweck werden in dieser Dissertation verschiedenste MTM Strukturen ausgewählt um weitere Verbesserungen der Antennenstruktur zu ermöglichen und gleichzeitig die Einfachheit der Struktur zu bewahren, was mit konventionellen Gestaltungsmethoden nur schwer zu erreichen ist.

In this dissertation, the operation of dual-linear polarized antennas is considered in order to provide ideal performance suited for several applications including polarimetric synthetic aperture radar (SAR), wireless and satellite communications. The underlying objectives realized in this work are reported as design realizations of dual-linear polarized antennas with low cross polarization patterns and high isolation between ports that employ special properties of the electromagnetic metamaterial (MTM) structures. Some of these key properties appear as negative permittivity, negative permeability, negative refractive index, and antiparallel nature of the phase velocity and the group velocity. The antenna design is carried out at two frequencies, 5.5 GHz and 10 GHz, and key physical issues that affect the operation of dual-linear polarization operation antennas are treated in light of electromagnetic MTM properties. It’s well known that a dual linear polarized antenna poses a big challenges such as cross polarization patterns and high mutual coupling between two input ports. Therefore, these drawbacks are key topic that receive significant attention in literature which reports on how to mitigate these drawbacks, however, at the expense of complexity of the antenna structures. The MTM structures have received considerable coverage in antenna research for obtaining size reduction, directivity enhancement, and beam steering. For this purpose, different MTMs structures are chosen in this thesis for achieving additional improvements, while keeping the antenna design as simple as possible, something which is very difficult to accomplish using conventional design methods.:Chapter 1: Introduction Chapter 2: Dual linear Polarization Antennas and Arrays Chapter 3: Fundamental Theory of Metamaterials Chapter 4: Metamaterial Structures Design-Methodology Chapter 5: Design of Dual Linear Polarization Using CRLH-TL Metamaterial Line Feed Chapter 6: Cross Polarization Discrimination Enhancement of a Dual Linear Polarization Antenna Using Split Ring Resonator Chapter 7: Antenna Array Design Chapter 8: Conclusions and Future Work / In der folgenden Dissertation wird der Einsatz von zweifach linear polarisierten Antennen zur idealen Ausführung von verschiedenen Anwendungen, einschließlich von polarimetrischen Synthetic Aperture Radar (SAR), kabellose und satellitengestützte Kommunikation, diskutiert. Die Ziele dieser Arbeit werden dargestellt durch die Gestaltung von zweifach linear polarisierten Antennen mit gering Kreuz-Polarisationsmustern und die starke Isolation zwischen den Ports durch die einzigartigen Eigenschaften der Strukturen des elektromagnetischen Metamaterials (electromagnetic metamaterial; MTM). Einige dieser Eigenschaften treten als negative Permittivität, negative Permeabilität, negativer Brechungsindex und als antiparallel Richtungen (Gegenvektor) der Phasen-und Gruppengeschwindigkeit auf. Somit wird die Antennengestaltung auf zwei Frequenzen übertragen, 5,5GHz und 10 GHz, und die Ausführung der zweifach linearen Polarisation wird durch die elektromagnetischen Eigenschaften des MTM illustriert. Weil die Kreuzpolarisationsmuster und starke gegenseitige Koppelung zwischen zwei Input-Ports bei einer zweifach linear polarisierten Antenne große Schwierigkeiten bereiten, werden diese im Großteil der Fachliteratur als Schwerpunkte gesetzt, was zu einer Milderung der Nachteile führte, jedoch dafür die Komplexität der Antennenstruktur zunahm. Die Vielfalt an MTM ist ein bedeutender Teil im Bereich der Antennenforschung einschließlich der Größenverkleinerung, der Verbesserung der Richtcharakteristik und der Strahlensteuerung. Für diesen Zweck werden in dieser Dissertation verschiedenste MTM Strukturen ausgewählt um weitere Verbesserungen der Antennenstruktur zu ermöglichen und gleichzeitig die Einfachheit der Struktur zu bewahren, was mit konventionellen Gestaltungsmethoden nur schwer zu erreichen ist.:Chapter 1: Introduction Chapter 2: Dual linear Polarization Antennas and Arrays Chapter 3: Fundamental Theory of Metamaterials Chapter 4: Metamaterial Structures Design-Methodology Chapter 5: Design of Dual Linear Polarization Using CRLH-TL Metamaterial Line Feed Chapter 6: Cross Polarization Discrimination Enhancement of a Dual Linear Polarization Antenna Using Split Ring Resonator Chapter 7: Antenna Array Design Chapter 8: Conclusions and Future Work