Mikrodalga ve terahertz bölgesinde anten, yapay manyetik iletken ve enerji hasatına yönelik metamalzemelerin tasarım, üretim ve ölçümü
Design, fabrication and measurement of metamaterials for the application areas of antennas, artificial magnetic conductor, and energy harvesting in microwave and terahertz region
Yazar: SULTAN CAN
Danışman: PROF. DR. ASIM EGEMEN YILMAZ
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez mikrodalga ve terahertz bantlarında anten uygulamaları, yapay manyetik iletken ve enerjine hasatına yönelik metamalzemelerin tasarım, benzetim, üretim ve ölçümüne odaklanmaktadır. Tezin çıktıları şu şekildedir;
Farklı uygulamalarda kullanılmak üzere mikrodalga frekans bandında çoklu frekanslarda çalışabilen özgün 2B ve 3B metamalzemeler tasarlanmış ve analizleri gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar deneysel sonuçlarla tartışılarak sunulmuştur. Önerilen tasarımların yanı sıra aynı birim hücre boyutunda minyatürizasyon sağlayan birim hücre tasarım önerisi ve tasarıma yönelik özgün eşlenik devre modeli sunulmuştur.
Anten tasarımlarına yönelik metamalzemeler ise bir sonraki kısımda sunulmuş olup, dizi antenlerde elemanlar arası izolasyon sağlayan metamalzeme tasarımı sunulmuştur. Bir sonraki kısım ile metamalzemelerden esinlenilmiş özgün elektriksel küçük anten- ESA tasarım önerilmiş önerilen anten verimlilik, radyasyon örüntüsü gibi parametreler cinsinden tartışılmıştır. Son olarak metamalzeme yüklenen antenler tartışılarak filtenna önerisi sunulmuştur. Yayılım ve filtreleme özellikleri sunulan anten performansı incelenmiş sonuçları tartışılmıştır.
Metamalzemelerin bir alt dalı olan yapay manyetik iletken tasarımları takip eden kısımda önerilmiş tasarımlara ait sonuçlar frekans ve bant genişliği gibi parametreler cinsinden tartışılmış, önerilen 3 özgün tasarımdan biri Özgül soğurma oranı düşürmedeki etkisi cinsinden analiz edilmiştir. Düzlemsel, silindirik ve fantom insan vücudu modelleri için performansı tartışılarak sonuçları sunulmuştur.
Metamalzemeler ve frekans seçici yüzeylerin enerji hasatı uygulamalarında kullanımına yönelik bölümde ise önerilen özgün tasarımlar ile nesnelerin interneti diye de bilinen IOT uygulamalarına yönelik tekstil ve şeffaf alt tabanlı frekans seçisi yüzey önerileri sunulmuştur. Az kayıplı ticari alt taş kullanılarak tasarlanan enerji hasatına yönelik soğurucular ise bu kısım sonunda önerilerek sonuçları verimlilik, geliş açısı bağımlılığı ve soğurma performansı cinsinden sunulmuştur.
Son kısımda ise polarizasyon bağımsız, üç bantlı terahertz bölgesi soğurucu tasarımı önerilmiş, tasarıma ait benzetim analizleri ve üretim detayları sunulmuştur.

Abstract:
This dissertation focuses on design, simulation, fabrication, and measurement of metamaterials in microwave and terahertz regimes, for antenna, artificial magnetic conductors, and energy harvesting applications. The novel outcomes of the dissertation as follows;
In order to be used in several applications, novel 2D and 3D metamaterials, which are capable of working in multiple frequencies within microwave frequency bands, have been designed and analyzed. The results have been discussed and compared with corresponding experimental results. In addition to the proposed designs, a unit cell design that provides miniaturization of the unit cell has been proposed with its novel equivalent circuit model has been presented.
Metamaterials for antenna designs have been presented in the following section and an EBG design has been proposed which provides inter-element isolation within antenna arrays. The next part presents an electrical small antenna - ESA design which is inspired by metamaterials and discusses the antenna parameters in terms of antenna efficiency, radiation pattern etc. In the last part, a filtenna design, which is metamaterial array loaded antenna, has been proposed. The filtering and radiation performance of the filtenna and the analysis of the filtenna have been presented.
In the next chapter artificial magnetic conductor designs have been proposed and discussed in terms of parameters such as frequency and bandwidth, and one of the designs among them is analyzed in terms of the effect of decreasing the specific absorption rate. The performance for the planer, cylindrical, and phantom human body models is discussed and the results have been presented.
In the following section, metamaterials and frequency selective surfaces have been presented for energy harvesting applications. Those novel designs are easily adoptable to IOT applications (the internet of the objects), since they have textile and transparent substrate. In last part, low-loss substrates used in order to design absorbers for energy harvesting applications and the performances have been evaluated in terms of efficiency, dependency of incidence angle and absorption performance. 
In the last part, a polarization-independent, three-band terahertz regime absorber design has been proposed, simulation analysis of the design and production details have been presented.