Programlanabilir 2-bit metayüzey ve anten uygulamaları

Abstract

Metamalzemeler (MTM); doğada bulunmayan, laboratuvar ortamında suni olarak üretilebilen malzemelerdir. Düzlemsel metamalzemeler olarak da bilinen metayüzeyler, ileri düzeyde sıra dışı elektromanyetik (EM) özellikleri, düşük profilli yapıları ve üretim kolaylığı sağlaması sebebi ile günümüzde önemli uygulamalarda yerini bulmuştur. Metayüzeylerin işlevselliği ve elektromanyetik özellikleri, metayüzeyin yapısı ve boyutları ayarlanarak değiştirilebilir veya yeniden düzenlenebilir. Bu tez çalışmasında, bir monopol antenin ışıma yönünün kontrolü, anten kazancının ve yönlülüğünün iyileştirilmesi amaçlanmıştır. Tasarım ve simülasyonlar için bir mikrodalga simülasyon programı kullanılmıştır. İki farklı birim hücre tasarlanmış olup, her bir birim hücre rezonatör amaçlı iki adet yama içermektedir. Birim hücreler üzerinde bulunan yamalardan bir tanesi çember, diğeri ise çubuk şeklindedir. Rezonatör olarak işlev gösteren bu yamaların FR4 malzemenin arka yüzeyindeki metal plakaya via aracılığı ile bağlantısı kontrol edilerek, anten parametreleri değiştirilebilecektir. Rezonatör ile metal plaka arasındaki temasın via aracılığı ile olması "1", olmaması ise "0" olarak adlandırılmıştır. Çalışmada ayrıca, metayüzeylerin üretimi de yapılmış ve ölçümler PNA-L N5234A Network Analyzer cihazı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Simülasyon ve ölçüm sonuçları, anten parametrelerinin kontrol edilebildiğini göstermiştir. Diğer taraftan, ölçüm sonuçları hem simülasyon sonuçları ile, hem de literatür sonuçları ile karşılaştırılmış ve sonuçlarının uyum içerisinde olduğu görülmüştür.

Metamaterials are artificial materials produced in laboratory environment. Metasurfaces, also known as planar metamaterials, have found their place in important applications today due to their high level of unusual electromagnetic properties, low profile structures and ease of production. The functionality and electromagnetic properties of the metasurface can be changed or rearranged by manipulating the structure and dimensions. In this thesis, it is aimed to control the radiation direction of a monopole antenna and to improve the antenna gain and directionality. A microwave simulation program was used for design and simulations purposes. Two different unit cells are designed, and each unit cell contains two patches as resonators. One of the patches on the unit cells is circular and the other is rod-shaped. The antenna parameters can be adjusted by controlling the connection of these patches, which act as resonators, to the metal plate on the back surface of the FR4 material through vias. It is named "1" if there is contact between the resonator and metal plate, and "0" otherwise. In the study, metasurfaces are also produced and measurements are carried out using PNA-L N5234A Network Analyzer device. Simulation and measurement results have showed that the antenna parameters can be controlled. On the other hand, the measurement results are compared with both the simulation results and the literature results and it is seen that the results are in agreement.