Radara karşı görünmezlik sağlamak maksadıyla mikrodalga frekanslarda geniş bantlı metamalzeme tabanlı elektromanyetik ışıma emici yapıların tasarım, optimizasyon, fabrikasyon ve ölçümleri

Abstract

Metamalzemeler, bilinen doğal malzemelerin aksine farklı elektromanyetik özellikler gösteren yapay malzemelerdir. Son yıllarda keşfedilen özelliklerinden önemli bir tanesi de gelen elektromanyetik dalgaya karşı mükemmel emilim göstermeleridir. Bu özellikleri sayesinde uzaktan algılama sistemlerine karşı mikrodalga bandından optik banda kadar görünmezlik ve kamuflaj uygulamalarında kullanılabilecekleri değerlendirilmektedir. Bu tez çalışmasında, metamalzeme tabanlı elektromanyetik sinyal emici yapıların mikrodalga frekanslarda tasarım, simülasyon, optimizasyon, üretim ve ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Metamalzeme ışıma emici yapıların sayısal analizi ve tasarımında, CST Microwave Studio simülasyon programı kullanılmıştır. Simülasyon ortamında geometrik parametrelerin emilim üzerine etkisi incelendikten sonra, tasarlanan yapıların, istenilen frekans aralığında optimizasyonu gerçekleştirilerek, baskı devre teknolojisi ile üretimleri gerçekleştirilmiştir. Metamalzeme emici yapıların emilim sonuçları, simülasyon ve deneysel ortamda elde edilen yansıtıcılık ve geçirgenlik ölçüm sonuçları kullanılarak elde edilmiştir. Simülasyon sonuçlarının ölçüm sonuçları ile oldukça uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Metamalzeme ışıma emici yapı içerisindeki fiziksel emilim mekanizması elektrik, manyetik, yüzey akımları ve güç kaybı dağılımları yardımıyla açıklanmıştır. Ayrıca, metamalzeme plakanın radar kesit alanını (RKA) ne oranda azalttığı da teorik ve deneysel olarak incelenmiştir.

Metamaterials are artificial structures which exhibit different electromagnetic properties contrary to the known natural materials. One of the important features discovered in recent years is performing perfect absorption against the incident electromagnetic wave. Metamaterial absorbers with this property can be used in stealth technology against remote sensing applications over a significant range of electromagnetic spectrum from microwave to optics. In this thesis; design, simulation, optimization, fabrication and measurement of metamaterial based electromagnetic wave absorbers are presented. The numerical analysis and design of the metamaterial absorbers were carried out using CST Microwave Studio. After understanding the effects of geometrical parameters on the absorption mechanisim, the proposed absorbers are optimized to operate at desired frequency range and have been fabricated through printed circuit board (PCB) technique. The absorption results of metamaterial absorber are achieved by using reflection and transmission results obtained from simulation and measurement. It is observed that the simulation results are in quite good agreement with the measurements. Physical mechanisms of the absorption are explained in terms of the electric, magnetic, surface current and power loss distributions. Furthermore, the radar cross section (RCS) of the proposed absorber is investigated by numerically and experimentally under normal incidence of electromagnetic wave.