Metamalzeme ve rezonatör tabanlı yeni mikrodalga görüntüleme uygulamaları

Abstract

Yapay elektromanyetik yapılara anten ve mikrodalga teknolojilerinde sıklıkla karşılaşmaktayız. Periyodik olarak tasarlanan bu yapılar sıradışı özelliklere sahip olabilmektedir ve en önde geleni aynı anda negatif elektrik geçirgenlik ve negatif manyetik geçirgenliğe sahip olan Metamalzeme (MTM) yapılarıdır. Bunlara ek olarak farklı elektromanyetik özellikler gösteren rezonatör yapıları da gelişen teknoloji ile beraber sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında yapay elektromanyetik yapılar kullanılarak mikrodalga frekans bandında görüntüleme gerçeklenmiştir. Önerilen yapılar en çok kullanılan mikrodalga frekans bantlarında çalışmakta olup sinyal emilimi ve anten parametrelerini iyileştiren yapılar da bu çalışmada sunulmuştur. İlk olarak geniş bantlı sinyal emilimi yapan MTM tabanlı periyodik yapı, sonlu integrasyon yöntemi (Finite Integration Technique-FIT) kullanan mikrodalga simülatöründe tasarlanmıştır ve analiz edilmiştir. Önerilen sinyal emici yapının enerji hasatı uygulaması da yapılmıştır ve deneysel olarak ta sonuçlar elde edilip karşılaştırılmıştır. Sonrasında sinyal emilimi ve enerji hasatı yapan MTM tabanlı birim hücrelere sahip, farklı frekans bölgelerinde çalışabilen üç farklı yapı mikrodalga görüntülenmesi amacıyla tasarlanmış ve deneysel olarak analiz edilip görüntüleme gerçeklenmiştir. Bunlara ek olarak elektromanyetik bant boşluğu (Electromagnetic Band Gap-EBG) yapısı anten parametrelerini geliştirmek amacıyla tasarlanmış ve deneysel olarak gerçeklenmiştir. Bir diğer çalışmada boşluk rezonatör yapısı ve EBG entegreli monopol anten yapısı önerilmiştir. Önerilen mantar şekilli EBG monopol anten entegreli boşluk rezonatör yapısı son çalışmada mikrodalga görüntüleme yapmak amacıyla kullanılmıştır. Tasarlanan farklı yapılar LPKF E33 devre üretim cihazı kullanılarak üretilmiş olup deneysel veriler KEYSIGHT marka PNA-L N5234A Network Analyzer yardımıyla elde edilmiştir. Önerilen yapıların sayısal ve deneysel sonuçları büyük bir uyum içerisindedir.

We often encounter artificial electromagnetic structures in antenna and microwave technologies. These structures, which are designed periodically, can have unusual properties and the most prominent are Metamaterial (MTM) structures, which have negative electrical permittivity and negative magnetic permeability at the same time. In addition, resonator structures showing different electromagnetic properties are frequently used together with developing technology. In this thesis, microwave frequency band imaging was performed by using artificial electromagnetic structures. The proposed structures are used in the most commonly used microwave frequency bands and the structures that improve the signal absorption and antenna parameters are presented in this thesis. Firstly, the MTM-based periodic structure, which absorbs broadband signal, was designed and analyzed in a microwave simulator based on finite integration technique (FIT). Energy harvesting of the proposed absorber structure was also carried out and experimental results were obtained and compared. Afterwards, three different structures that can work in different frequency regions with MTM-based unit cells that make signal absorption and energy harvesting are designed for microwave imaging and experimentally analyzed. In addition, the electromagnetic band gap (EBG) structure is designed and experimentally implemented to improve the low profile antenna parameters. In another study, cavity resonator structure and EBG integrated monopoly antenna structure have been proposed. The proposed mushroom-shaped EBG monopole antenna integrated cavity resonator structure has been used in order to make microwave imaging in the last study. The different structures were produced by using LPKF E33 circuit printer and the experimental datas were obtained with the help of KEYSIGHT brand PNA-L N5234A Network Analyzer. The numerical and experimental results of the proposed structures are in great harmony.