Metamalzeme tabanlı akaryakıt sensörü

Abstract

Gelişen teknoloji bize olağanüstü elektromanyetik davranışları olan malzemelerin yeni bir türünü üretmek için fırsat getirmiştir. Doğada bulunmayan Metamalzeme (MTM) olarak adlandırılan bu yeni malzemeler negatif kırılma gibi farklı ve özgün özelliklere sahip olan periyodik yapılarda tasarlanmış malzemelerdir. Bu tez çalışmasında, Metamalzeme tabanlı bir sensör yapısının mikrodalga frekanslarında markalı ve markasız akaryakıt numunelerini ayırt etmek amacıyla üretildiği gerçekleştirilmiştir. Literatürde metamalzeme tabanlı sensör uygulamaları üzerine pek çok çalışma vardır ancak bu çalışmada diğerlerinden farklı X-band frekans aralığında metamalzeme merkezli yeni sensör uygulaması üzerinde durulmuştur. İlk aşamada markalı ve markasız akaryakıt örneklerinin elektromanyetik özellikleri deneysel olarak elde edilmiştir. Bunun için markalı ve markasız akaryakıt numunelerinin dielektrik sabitleri ve kayıp tanjant değerleri KEYSIGHT marka PNA-L N5234A Network Analyzer ve dielektrik prob ile ölçülmüştür. İkinci aşama olarak da bu deneysel sonuçlar kolay tasarım ve imalata sahip, yüksek verimli metamalzeme tabanlı bir sensör oluşturmak için kullanılmıştır. Bunun için de nümerik çalışmalar sonlu integrasyon(FIT) tabanlı simülator programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sensörün deneysel sonuçları ile sayısal sonuçları tam bir uyum içindedir. Önerilen metamalzeme sensör için değişik yapılarda tasarımlar gerçekleştirilmiş olup bu yapılara ait sayısal ve deneysel sonuçlar incelenmiştir.

The developing technology has given us the opportunity to produce a new line of materials with exceptional electromagnetic behavior. These new materials, called Metamaterials (MTM), which are not found in nature, are materials designed in periodic structures with different and unique properties such as negative refraction. In this thesis, a Metamaterial based sensor structure was manufactured to distinguish branded and unbranded fuel samples at microwave frequencies. There are many studies on Metamaterials based sensor applications in the literature, but this study focuses on a new sensor application centered on metamaterial in X-band frequency range unlike the other studies. In the first step, the electromagnetic properties of the branded and unmarked fuel samples were obtained experimentally. For this purpose, the dielectric constants and loss tangent values of the branded and unbranded fuel samples were measured by using KEYSIGHT brand PNA-L N5234A Network Analyzer and a dielectric probe. In the second step, the experimental results have been used to create a metamaterial based highly efficient sensor which has an easy design and fabrication. For this, numerical studies were carried out by using FIT based simulator program. The experimental results and the numerical results of the sensor agree quite well with each other. For the proposed metamaterial sensor, designs in different structures were conducted and the numerical and experimental results for these structures have been examined.