Metamalzeme tabanlı çok amaçlı sensör uygulamaları
Metamaterail based multifunctionnal sensor applications
Yazar: HATİCE ÜNAL
Danışman: YRD. DOÇ. DR. OĞUZHAN AKGÖL
Mustafa Kemal Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enformatik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bakışımsız bir nesne; çevrilerek veya döndürülerek asla aynadaki görüntüsü ile örtüşemez. Bu nesneler sağ el ya da sol el polarizasyonuna sahiptir. Bakışımsız metamalzemeler, EM dalganın polarizasyonunu değiştirirler. Bakışımsız ortam,  RCP ve LCP EM dalgalarda ortamın bakışımsız asimetriğinden dolayı farklı tepkiler verirler. 
Bu tezdeki tasarımlarda bakışımsız metamalzeme kullanılmasının nedeni; iletim ve yansıma parametrelerini diğer parametrelere göre daha fazla etkilemesidir. Ayrıca sensör içerisinde bu yapının kullanılması sıradan metamalzemeler ile yapılan sensör uygulamaları ile karşılaştırıldığında, daha hassas ve verimli sensör yapıları elde edilmesidir. İletim oranı sıradan metamalzemelerden fazla olması da avantaj sağlamaktadır.
Bu tezdeki çok fonksiyonlu bakışımsız sensör yapısı, çift tabanlı kare şekil ayrık halka rezanatördür. Bakışımsızlığı sağlamak için yapının ön yüzeyi sabit, arka yüzey ise 90° döndürülmüştür. Basınç ölçümü yapmak için kalınlık değişken yapılmıştır. Bu yüzey içi hava ile doldurulmuştur. Nem ve sıcaklık ölçümü için, sensör kalınlığı sabit tutulup, yüzeyler arasındaki maddenin farklı elektrik geçirgenlik ve kayıp tanjant değerleri için ölçüm yapılmıştır. Yoğunluk sensörü için sensör kalınlığı sabit tutulup, yüzeyler arasındaki maddenin farklı elektrik geçirgenlik değerleri için ölçüm yapılmıştır.	Sonuçlanan sensörün rezonans frekansı; dielektrik geçirgenlik, sıcaklık, nem, yoğunluk, basınç gibi çevresel faktörlere bağlı olarak değişim göstermektedir. Hem nümerik hem de analitik sonuçlar;  X bandında,  çok fonksiyonlu minyatürize edilmiş bakışımsız metamalzeme sensör simülasyon sonuçları elde edilmiştir. Yapı nem, yoğunluk, sıcaklık, basınç sensörlerini bir arada bulunduran çok fonksiyonlu bakışımsız sensör olarak tasarlanmıştır. 
Kapasitif etki gösteren şerit (CLS) ve üzerinde yarık bulunan şerit içeren düzlemsel olmayan metamalzeme (MTM) yapıların belli açıyla döndürülmesiyle elde edilen bakışımsız sensör yapısı FIT tabanlı 3D simülasyon programı kullanılarak, dikey gelişteki yansıma (S11) ve iletim (S21) değerleri elde edilmiştir.  Deneysel çalışmalar için ise Agilent E5071B ENA RF, AGILENT E8362B PNA ve R&S ZVL6 Vektör Network analizörleri ve bunlara bağlı mikrodalga horn antenler kullanılmıştır. Ayrıca bu çalışmada kullanılan çok fonksiyonlu sensör yapısının dielektrik geçirgenliği (ε), manyetik geçirgenliği (μ) ve bakışımsızlık parametresi gibi özellikleri Nicolson Ross Weir yöntemi kullanarak s- parametreleri geri elde edilmiştir.

Abstract:
A chiral object does not overlap with its mirror image when it is being rotated or turned. These objects have right-handed or left-handed polarization. Chiral metamaterials change the polarization of EM waves. Moreover, chiral environments give different responses due to chiral asymmetry of the environment in RCP and LCP EM waves. 
The reason for the use of chiral metamaterials in the designs in this thesis is that they affect the transmission and reflection characteristics more than the other parameters. Higher transmission rate than traditional metamaterials also provides an advantage. 	The multifunctional chiral sensor structure used in this thesis is a double-sided square shape discrete ring resonator. In order to obtain chirality, the front face of the structure is left stationary while the back surface is rotated by 90°. Sensor thickness is made variable for pressure measurement. This surface is also filled with air. For moisture and temperature measurement, the sensor thickness was kept constant and measurements were conducted for different electrical conductivity and loss tangent values of the material between the surfaces. While keeping the sensor thickness for density sensor, the measurements are made for different electrical conductivity values of the material placed between the surfaces. 
The resonance frequency of the resulting sensor varies depending on environmental factors such as dielectric permeability, temperature, humidity, density and pressure. As a proof of studies, multifunctional miniaturized chiral metamaterial sensor simulation results are obtained in X band both numerically and analytically. The structure is designed as a multifunctional chiral sensor with a combination of humidity, density, temperature, pressure sensors.  
The strip showing capacitive effect (CLS) and the chiral sensor structure obtained by rotating the non-planar metamaterial (MTM) structures containing a strip with a slit on it are analyzed by using based FIT 3D simulator program and the vertical reflection (S11) and transmission values are obtained. For experimental studies, Agilent E5071B ENA RF, AGILENT E8362B PNA and R & S ZVL6 Vector Network Analyzer, dielectric probe and related calibration kits are used. 
In addition dielectric permittivity (ε) and magnetic permeability (μ) of the multifunctional sensor structure used in this study and the parameters like chirality are calculated from scattering parameters by using Nicolson Ross Weir method.