Kodlanmış metamalzeme ile radar soğurucu malzeme tasarımı
Radar absorbing material design with coding metamaterial
Yazar: FAHRETTİN TURAL
Danışman: PROF. DR. BİRSEN SAKA TANATAR
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Metamalzemeler = Metamaterials ; Parçacık sürü optimizasyonu = Particle swarm optimization ; Çok yönlü radar kesiti = Bistatic radar cross section

Özet:
Bir nesnenin/hedefin tespit, teşhis ve takibini yapan RADAR sistemlerinin askeri ve sivil alanda her geçen gün önemi artmaktadır. RADAR sistemlerinin performansını belirleyen önemli parametrelerden birisi de nesnenin/hedefin RADAR kesit alanıdır (RKA). Özellikle askeri alanlarda, hedefin tespit, teşhis veya takip edilebilirliğini azaltmak amacıyla RADAR kesit alanı azaltımı teknikleri uygulanır. RADAR kesit alanı azaltım tekniklerinden birisi de RADAR soğurucu malzeme kullanmaktır. Öte yandan, elektromanyetik ölçümlerde ve anten parametrelerinin iyileştirilmesinde de RADAR soğurucu malzemeler kullanılmaktadır.
Bu tez kapsamında, RADAR soğurucu malzeme tasarımında yeni bir yöntem olan, temeli elektromanyetik dalganın farklı faz tepkileri ile yönlendirilmesine dayanan, kodlanmış metamalzeme ile RADAR soğurucu malzeme tasarımı hakkında bilgiler verilmiştir. Öncelikle RADAR ve RADAR kesit alanı, RADAR soğurucu yapılar hakkında genel bilgiler ve metamalzeme, kodlanmış metamalzeme hakkında bilgiler verilmiştir. Daha sonra uzak alan saçılma formülleri çıkarılmış ve parçacık sürü optimizasyon algoritması MATLAB ortamında oluşturulmuştur. Geniş frekans aralığında, polarizasyon bağımsız, açısal kararlı ve 2 farklı faz tepkisine sahip birim hücre tasarımları elde edilmiştir. Elde edilen birim hücreler ve optimizasyon algoritması ile kodlanmış metamalzeme tasarlanmıştır.  C – X – Ku frekans bantlarını kapsayacak şekilde tasarlanan kodlanmış metamalzemenin, RADAR kesit alanı azaltım değerleri, MATLAB ve CST tam-dalga benzetim çalışmaları ile karşılaştırılmış ve sonuçlar paylaşılmıştır. Kodlanmış metamalzemenin üretimi yapılarak ölçüm sonuçları ile benzetim sonuçları karşılaştırılmıştır. Tasarlanan kodlanmış metamalzeme ile normal geliş açısında, yatay ve dikey polarizasyon bağımsız, en az 7 dB mono-statik RADAR kesit alanı azaltımı 5.2 – 15.8 GHz arasında, bi-statik RADAR kesit alanı azaltımı 5.4 – 15.6 GHz arasında gerçekleşmiştir. Ayrıca eğik gelen elektromanyetik dalga durumları incelenmiş ve bant genişliği bir miktar daralmak kaydıyla 45°'ye kadar RADAR kesit alanı azaltımı sağlanmıştır.

Abstract:
The importance of the RADAR systems that detect, identify and track an object/target is increasing day by day in military and civilian fields. One of the most important parameters of RADAR system performance is RADAR cross sectional (RCS) area of an object/target. Especially in military fields, RADAR cross section reduction techniques are applied to reduce the detection, identification and trackability of the target. One of the RADAR cross section reduction techniques is the use of RADAR absorbing materials. On the other hand, RADAR absorbing materials are also used for electromagnetic measurements and to improve antenna parameters. 
Within the scope of this thesis, information about RADAR absorbing material design with coding metamaterials, which is a new method in RADAR absorbing material design, based on the manipulation of the electromagnetic wave with different phase responses, was given. Firstly, general information about RADAR and RADAR cross section, RADAR absorbing structures and metamaterials, coding metamaterials were given. After that, the far field scattering formulas were derived, and particle swarm optimization algorithm was implemented in MATLAB environment. Unit cell designs that have wide frequency range, polarization independent, angularly stable and 2 different phase responses have been obtained. The coding metamaterials were designed with obtained unit cells and optimization algorithms. The designed coding metamaterial that cover C – X – Ku frequency bands, RADAR cross section values were compared with MATLAB and CST full-wave simulation results and shared. The coding metamaterial was fabricated; so that, the measurement and simulation results were compared. With the designed coding metamaterial, at normal incidence angle, horizontal and vertical polarization independent, at least 7 dB mono-static RADAR cross section reduction was achieved in between 5.2 and 15.8 GHz and bi-static RADAR cross section reduction was achieved in between 5.4 and 15.6 GHz. In addition, the case of oblique incidence electromagnetic wave was investigated and RADAR cross section reduction up to 45° was achieved with narrowing the bandwidth slightly.