Yönden bağımsız metamalzeme soğurucu
Omnidirectional metamaterial absorber
Yazar: KERİM GÖKHAN YÜKSEL
Danışman: PROF. DR. BARIŞ AKAOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Dalga geliş açısı = Wave incidence angle

Özet:
Yüksek verimle elektromanyetik soğurma gerçekleştiren metamalzeme soğurucuların soğurma mekanizmaları irdelenmiş ve soğurma ile elektromanyetik dalga polarizasyonu ve geliş açısı arasındaki ilişki incelenmiştir. Sonrasında günümüze kadar geliştirilen farklı soğurucu yapı ve soğurma özellikleri incelenerek yorumlanmıştır. Mevcut soğurucu yapılarından elde edilen bulgular ışığında yatay ve dikey eksende dört yönlü simetri özelliğine sahip birden fazla soğurucu yapısı önerilmiş ve önerilen yapıların numerik analizleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen numerik analizlerden yola çıkılarak polarizasyon ve geliş açısı değerlerinden en az oranda etkilenen özgün bir yönden bağımsız soğurucu yapısı tasarlanmış ve benzetim yöntemi ile numerik analizleri gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen soğurucu yapısını özgünlüğü bilinen önceki araştırmalarda yer alan soğurucu yapılarına göre, değişen polarizasyon ve yüksek geliş açısı değerlerinde yüksek oranda soğurma elde edilmesi ve açıya bağlı frekans kayma oranının düşük olmasıdır. Yapılan numerik analizler sonucunda TE polarizasyonu altında 6.28 GHz frekans değerinde, 00'den 700 geliş açısına kadar %93'ün üzerinde, 600 geliş açısına kadar ise %98'in üzerinde sabit ve yüksek soğurma oranı elde edilmiştir. TM polarizasyonu altında da aynı frekans değerinde 00'den 700 geliş açısına kadar %93'ün üzerinde, 600 geliş açısına kadar ise %96'nın üzerinde yüksek soğurma oranı elde edilmiştir. TE polarizasyonu altında değişen geliş açısıyla rezonans frekansında %0,32 oranında bir kayma gözlenirken, TM polarizasyonu altında değişen geliş açısıyla rezonans frekans değerinde %0,37 oranında kayma olduğu gözlenmiştir. Sonrasında soğurucu prototipinin üretimi fotolitografi yöntemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Son olarak, üretilen prototip soğurucunun deneysel ölçümleri gerçekleştirilerek elde edilen deneysel sonuçlar ile yapılan numerik analiz sonuçları karşılaştırılmış ve numerik analiz sonuçları ile deneysel ölçüm sonuçlarının birbiri ile iyi bir şekilde eşleştiği gözlenmiştir.

Abstract:
The absorption mechanism of metamaterial absorbers with high electromagnetic absorption property were examined to determine the relation between absorption process and polarization angle and incident angle of electromagnetic wave. Then, the absorption reaction of the different absorber structures, which has been developed till today were examined and interpreted under different wave polarization and incident angles. In the light of these findings a novel omnidirectional metamaterial absorber which has fourfold symmetrical pattern were designed on, and numerical analysis were obtained from a commercial simulation program which uses finite integral technique. The novelty of the absorber structure lies in its high absorption ratio and low frequency shift property under different polarization and wide incident angles compared to wide angle absorbers reported before. Numerical analysis has shown that the absorber has resonant frequency at 6.28 GHz under TE polarization and the absorption ratio at this frequency is over 93% under incident angles from 00 to 700 and over 98% absorption under incident angles from 00 to 600. Over 93% absorption ratio was obtained under TM polarization and incident angles from 00 to 700 and over 96% absorption was obtained under incident angles up to 600 at the same frequency band. It was observed that the resonant frequency of the absorber shifts 0.32% with the change of incident angle under TE polarization, and 0.37% under TM polarization. Finally, a prototype absorber structure was made by using photolithography technique. The experimental measurements were carried out and the simulation results were verified with the experimental results.