Programlanabilir metayüzeyler ve monopol anten uygulamaları

Abstract

Metamalzemeler, dielektrik sabiti (ε) ve manyetik geçirgenliği (μ) negatif olan malzemelerdir. Bu yapılar doğada bulunmazlar ve laboratuvar ortamında yapay olarak elde edilirler [1]. Literatürde, medikal [2], görüntü işleme [3], görünmezlik pelerini [4] ve anten [5] gibi birçok metamalzeme çalışmaları bulunmaktadır [6]. Bu çalışmada, monopol antenin ışıma yönünü kontrol edebilmek için metayüzeyler kullanılmıştır. Metayüzey yapıda bazı birim hücreler metal plaka ile temas ettirilerek antenin ışıma yönünü kontrol etmek, antenin kazancını ve yönlülüğünü artırma hedeflenmiştir. Tasarımlar ve simülasyonlar mikrodalga simülatör programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. T model ve dairesel olmak üzere iki farklı mantar yapı metayüzeyler tasarlanmıştır. Ayrıca, dairesel model metayüzey için yapay sinir ağları yazılımı geliştirilmiştir. Tasarlanan metayüzeylerin her ikisinde de farklı birim hücrelerin metal plaka ile temas ettirildiği birçok yapının sonuçlarını değerlendirmek adına toplamda 150’den fazla analiz yapılmıştır. Bu tasarımların S11 parametreleri, iki boyutlu ve üç boyutlu radyasyon yayılımları incelenmiştir. Üretim ve ölçümler laboratuvar ortamında yapılmıştır. Son olarak dairesel model metayüzey çalışması için yapay sinir ağları yazılımı oluşturulmuştur. Yapay sinir ağlarını kullanarak yazılımın ağı eğitip daha önce yapılan dairesel metayüzeyin simülasyonlardan elde edilen sonuçların aynısını bilgisayar ortamında insan yardımı olmadan otomatik bir şekilde elde edebilmesi hedeflenmiştir.

Metalamaterials are materials that have negative dielectric constant (ε) and magnetic permeability (μ). These structures are not found in nature and are obtained artificially in the laboratory environment [1]. In the literature, there are many metamaterial studies such as medical [2], image processing [3], invisibility cloak [4] and antenna [5] [6]. In this study, metasurface structures were used to control the radiation direction of monopole antenna. Some unit cells of the metasurface structure are connected to the metal plate to control the radiation direction of the antenna, increase the antenna's gain and directivity. Designs and simulations are performed using microwave simulator program. Two different mushroom structure surfaces are designed as T model and circular. In addition, artificial neural networks software has been developed for the circular model surface. More than 150 analyzes are performed to evaluate the results of many structures where different unit cells are connected to the metal plate on both of the designed meta surfaces. The 11 parameters, two-dimensional and three-dimensional radiation patterns of these designs are investigated. Fabrication and measurements are made in the laboratory enviroment. Finally, the artifical neural network software is designed for the circular model study. By using artificial neural networks, it is aimed that the software can train the network and obtain the same results obtained from the simulations of the previous circular metaface automatically in the computer environment without human assistance.