Elektriksel olarak iletken, optik olarak geçirgen yapı tasarımı
Electrically conductive, optically transparent structure design
Yazar: İLKER GÜNAY
Danışman: PROF. DR. ASIM EGEMEN YILMAZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Ekranlama = Shielding ; Frekans seçen yüzeyler = Frequency selective surfaces ; Grafen = Graphene ; Kırınım = Diffraction ; Optik geçirgenlik = Optical permeability ; İndiyum = Indium

Özet:
Görüntüleme sistemleri zorlu çevre koşullarında daha fazla platformda kullanılmaktadır. Günümüzde yoğun talep gören insansız sistemlerin vazgeçilmez bir parçasıdır. Görünür dalga boyundan kızılötesi dalga boyuna kadar pek çok uygulama alanı bulunan bu sistemlerin en büyük dezavantajlarından birisi optik pencereleri nedeniyle çevresel etkilere açık olmalarıdır. Kızılötesi bantta arama, takip, işaretleme, görüntüleme gibi saldırı işlevlerinin yanı sıra gözetleme ve karşı tedbir görevlerini de gerçekleştiren bu sistemlerin, herhangi bir zafiyet göstermeden çalışması beklenmektedir. Bu sebeple platform şartlarında istenen veya istenmeyen sebeplerle oluşan elektromanyetik enerjiye karşı dayanıklı olmaları gerekmektedir. Bu koşullar altında optik pencerelerin frekans seçici yüzeyler gibi davranması, yani kızılötesinden görünür dalga boyuna kadar geniş bir spektrumda optik olarak geçirgen olması ve elektromanyetik sinyallerin sıklıkla kullanıldığı mikrodalga frekans bandını filtrelemesi beklenmektedir.
Bu çalışmada optik pencereler için frekans seçici yüzey tasarlama yöntemleri analiz edilmiş ve deneysel olarak doğrulanmıştır. Dört yöntem; ITO kaplamalar, grafen, metalik nano kaplamalar ve metalik ağlar; optik iletim ve ekranlama etkinliği özellikleri açısından karşılaştırılmıştır. ITO, görünür bantta SE performansını artırmak için en yaygın yöntem olarak bilinmektedir. Ancak kızılötesi bantta ITO iletimi sınırlı olmaktadır. Metalik nano kaplama, ekranlama etkinliği ve optik iletim açısından düşük performans gösterse de ITO için bir alternatiftir. Grafen gelişmekte olan bir yöntemdir ve daha fazla geliştirilmesi gerekmektedir. Grafenin ekranlama etkinliği performansı, ekranlama uygulamaları için tek bir malzeme olmasını engellemektedir. Öte yandan, elektromanyetik soğurma özelliği nedeniyle geri yansımanın kritik olduğu uygulamalarda yer alması beklenmektedir. Metalik ağ yapıları, yüksek ekranlama ve optik iletim gerektiren uygulamalar için başarılı bir adaydır. Bununla birlikte, ağın uygulandığı alttaşın dielektrik özellikleri ve kırınım etkileri dikkatlice araştırılmalıdır

Abstract:
During the recent years camera and imaging detectors are being used in frequently in harsh environmental conditions. Especially unmanned air, marine and ground vehicles requires state of art imaging systems for performing challenging missions. Optical openings of these systems are the major source of weakness in terms of environmental effects including high intensity radiated field, radiated emissions etc. Weakness in imaging systems of unmanned vehicles means weakness in platform. Therefore, robust designs against electromagnetic energy is required. Accordingly, optical openings of imaging systems require behaving as FSS (frequency selective surface) or high pass filter, means that blocking electromagnetic signals typically grouped in microwave band and transparent in optical band (high frequency) including visible and IR (infra-red) bands.   
In this study, FSS design methods for optical openings are analyzed and realized. After literature survey, candidate methods are determined as Indium Tin Oxides (ITO), Graphene, Nano thickness Metallic Coatings and Metallic Mesh structures. These methods are analyzed and experimentally compared from the point of shielding effectiveness (SE) and optical transmission (OT). ITO has the most widespread usage for increasing SE level. However, OT of ITO decreases fast after near IR band. Best OT performance is acquired in visible band. Nano metallic coatings are another option for visible band applications. On the other hand, achieved SE level will be less than ITO for same OT. Graphene is a remarkable material studied frequently in recent years. Researches show that Graphene would be an option for applications where reflection is crucial. SE of Graphene mostly result of absorbance property. However, current application technology and OT property prevents it usage in optical openings. Metallic mesh structures are the best choice in the stated list. Nevertheless, drawbacks of these structures such as diffraction and response of dielectric substrate should be carefully investigated.