Savunma sanayi uygulamalarında termal kamuflaj gerçekleştirmek için metamalzeme anten tasarımı
Metamaterial antenna design for thermal camouflage in defense industry applications
Yazar: AHMET DEMİR
Danışman: DOÇ. DR. TİMUÇİN EMRE TABARU
Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Savunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies

Özet:
Kamuflaj teknoloji olarak, renk kontrolü, kızılötesi imza modülasyonu ve soğurum (yansıma bastırma) yoluyla görünür, orta kızılötesi ve radar spektrumlarında düşük görülebilirlik elde etmeyi içerir. Bu doğrultuda kullanılan doğal (geleneksel) malzemelerin optiksel verimlerinde sınırlamaları vardır. Optiksel uygulama çalışmaları için gerektiği kadar verimli değildirler veya kullanılamayacak kadar hacimlidirler. Geleneksel malzemeleri de yapısında bulunduran ancak çeşitli geometrik tasarımlarda olan metamalzemeler ise geleneksel malzemelere göre çok daha verimli performans sergileyebilen yapıların ortaya çıkmasını sağlamıştır. Mükemmel ışık soğurucuları ışığı yapılarında hapsedebilmek için yarı iletken, metal veya farklı soğurma özelliği olan bir katmana ihtiyaç duyarlar. 
Çalışmamızda düzlemsel metal-yalıtkan (Ag-Si) metayüzey üzerine halka metal-yalıtkan (Ag-ITO) şeklinde sıralanmış katmanlardan oluşan yeni bir Metal-Yalıtkan-Metal-Yalıtkan (MYMY) metamalzeme tasarımı yapılmıştır. Önerilen metamalzeme tasarımı, kızılötesi dalga boyu aralığı 800 ile 12000 nm olan spektral bölge için incelenmiştir. Spektral özellikler sonlu farklar zaman alanı (FDTD) yazılımı kullanılarak analiz edilmiştir. Bu tasarım ile, kısa dalga kızılötesi (SWIR) ve ışınımsal soğutmayla uyumlu termal kamuflaj uygulamaları için geçirgen olmayan kızılötesi aralığında (NTIR) atmosferik pencerelerde düşük emisyon korunmuştur. Bununla birlikte MYMY yapısı ile soğurum tepe noktaları atmosferik soğurum pencereleriyle (SWIR'da ve NTIR'da) mükemmel bir şekilde eşleşen iki adet geniş bant ile mükemmel soğurumlar elde edilmiştir. Üstelik önerilen yapı, düzlem içi simetrik bir tasarıma sahip olduğundan polarizasyona duyarsızdır. Numerik simülasyon teknikleri kullanılarak yapının optik performansı optimize edilmiştir. Nanoyapı ile havanın empedans değerleri karşılaştırılmış ve mükemmel uyum sağladığı, ayrıca ortalama soğurum değerlerinin MWIR ve LWIR bölgelerinde arzu edilen değere çok yakın olduğu gösterilmiştir. Tasarımı gerçekleştirilen yapı, çeşitli uygulamalarda termal emisyonları yönetmek için ayarlanabilir ve yüksek verimli bir çözüm sunmakta olup, gizlilik teknolojisi alanında önemli bir yenilik olarak yer almaktadır.

Abstract:
As a technology, camouflage involves achieving low visibility in the visible, mid-infrared and radar spectrums through color control, infrared signature modulation and absorption (reflection suppression). Natural (traditional) materials used in this direction have limitations in their optical efficiency. They are not as efficient as needed for optical application work or are too bulky to be used. Metamaterials, which also contain traditional materials in their structure but have various geometric designs, have enabled the emergence of structures that can perform much more efficiently than traditional materials. Perfect light absorbers require a semiconductor, metal or a layer with different absorption properties to trap light in their structures.
In our study, a new Metal-Insulator-Metal-Insulator (MYMY) metamaterial design consisting of ring metal-insulator (Ag-ITO) arranged layers on a planar metal-insulator (Ag-Si) metasurface was designed. The proposed metamaterial design has been studied for the spectral region with infrared wavelength range from 800 to 12000 nm. Spectral features were analyzed using finite difference time domain (FDTD) software. With this design, low emissivity is maintained in atmospheric windows in the nontransparent infrared range (NTIR) for thermal camouflage applications compatible with shortwave infrared (SWIR) and radiative cooling. However, with the MYMY structure, excellent absorptions were obtained with two broad bands whose absorption peaks perfectly matched the atmospheric absorption windows (in SWIR and NTIR). Moreover, the proposed structure is polarization insensitive as it has an in-plane symmetrical design. The optical performance of the structure was optimized using numerical simulation techniques. The impedance values of the nanostructure and air were compared and it was shown that they provide excellent compatibility and that the average absorption values are very close to the desired value in the MWIR and LWIR regions. The designed structure offers an adjustable and highly efficient solution to manage thermal emissions in various applications and is an important innovation in the field of privacy technology.