X bant frekans seçici yüzeyle radom tasarımı
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Yıldız Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, ELEKTRONİK VE HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2018
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: CUMHUR TOPCUOĞLU
Asıl Danışman (Eş Danışmanlı Tezler İçin): Nurhan Türker Tokan
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Frekans seçici yüzeyler (FSY) bir dielektrik tabaka üzerine basılan metal yamalar ya da açıklık elemanlarından oluşan iki boyutlu sonsuz periyodik dizilerdir. FSY'ler gelen elektromanyetik dalganın frekansına bağlı olarak, iletim ya da yansıma karakteristikleri arzu edilen şekilde tasarlanabilen yapılardır. Bu sayede istenen frekansları geçiren ya da durduran elektromanyetik filtre olarak çalışırlar. FSY'lerin iletim ve yansıma karakteristikleri kullanılan dielektrik tabakanın bağıl dielektrik sabitine, tabakanın kalınlığına, metal yamaların ve açıklıkların geometrik özeliklerine, birim hücre boyutuna, dalganın geliş açısına ve polarizasyonuna bağlı olarak değişmektedir. FSY'ler, radar kesit alanı (RKA) azaltma, elektromanyetik girişim azaltma, milimetre ve terahertz dalga işlemleri, anten reflektörleri, yarı-optik filtreler, polarizörler ve anahtarlar dahil olmak üzere elektromanyetik spektrumda geniş bir uygulama alanına sahiptir. Mikrodalga frekanslarında yansıtıcı, radom, soğurucu ve elektromanyetik kalkanlama gibi birçok uygulamada yer almaktadırlar. Frekans seçici yüzeyler (FSY) radomlarda antenin kullanıldığı bant dışında anten kaynaklı radar kesit alanının (RKA) düşürülmesi amacı ile kullanılmaktadır. Burun tipi radomlarda yüzey eğimli olduğundan FSY uygulamaları düzlemsel uygulamalara göre zorluk içermektedir. FSY'lerin başka bir özel uygulaması radomlardır. Radom, bir antenin ışıma karakteristikleri üzerindeki bozulmaya sebep olabilecek dış etkilerden anteni korur. Eğimli FSY'lerle oluşturulan bir radom, bir çalışma frekansı aralığında elektromanyetik dalgaların iletimine izin veren diğer frekanslarda yansıtan bir band geçiren filtre gibi davranır. Antenlerin RKA'sını geniş bir frekans aralığında kontrol etmek genellikle zor veya imkansızdır. Anteni çalışmasını engelleyen bir tehdit radarından korumak için kaplama yapmak yerine yerine, çalışma frekansı aralığında saydam olan, ancak tehdit radar frekanslarında ışın geçirmez olan bir FSY radom ile kaplamak daha akıllıca bir yaklaşımdır. FSY'lerin koruyucu bir radom olarak kullanımı, antenin çalışma frekans aralığının dışındaki RKA'da önemli bir azalmaya yol açmasına rağmen, polarizasyon saflığı azalması, yan lob seviyesi artışı, iletim kayıpları, empedans eşleştirme özelliklerinde bozulma, ana hüzmenin eğilmesi ve istenmeyen güçlü elektromanyetik girişim gibi antenin elektriksel performansınını etkileyen sorunlara neden olabilir. Bu nedenle, FSY'leri kullanarak doğru radom tasarımı ve üretimi önemlidir. Bu çalışmada, minyatürize, X bandında çalışan bant-geçiren filtre karakteristiği gösteren yeni bir hibrit FSY radom tasarlanması hedeflenmiştir. Bu tasarımı gerçekleştirmek için özellikle son yıllarda antenlerde sıklıkla kullanılan frekans seçici yüzeylerden yararlanılmıştır. Tasarımda, X bandında bant geçiren filtre karakteristiği gösteren 3 katmanlı birim hücre oluşturulmuştur. Bu hücrenin rezonans frekansları ve iletim özellikleri detaylı olarak incelenmiş, hücreye ait boyutların rezonans frekansına etkisi gözlenmiştir. Ayrıca dalganın geliş açısının iletim ve yansıma karakteristiklerine olan etkisi izlenmiştir. Daha sonra birim hücrenin periyodik olarak dizilmesi ile istenilen frekansta amaca uygun S21 iletim katsayısı ve S11 yansıma katsayısı değerlerini sağlayan frekans seçici yüzey tasarlanıp üretimi yapılmıştır. Bununla birlikte bilgisayar ortamında frekans seçici yüzey içi boş yarım küre formuna dönüştürülerek radom görünümü alması sağlanmıştır. Son olarak uygun ışıma karakteristiklerini sağlayan horn ve Vivaldi anten tasarımı yapılmış ve oluşturulan radom bu antenlerin ağız açıklıklarına yerleştirerek antenlerin ışıma karakteristiği üzerindeki etkileri incelenmiştir. Tasarım, analiz ve optimizasyon çalışmaları için CST Microwave Studio ve HFSS programları kullanılmıştır. Ayrıca bazı simülasyon sonuçlarının çizimi için MATLAB programından da faydalanılmıştır.