Nesnelerin interneti uygulamalarına yönelik polarizasyon bağımsız, geniş bant optik geçirgen frekans seçici yüzey tasarımı
Polarization-independent, wideband optically transparent frequency selective surface design for IoT applications
Yazar: ÖMER FARUK GÜNAYDIN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SULTAN CAN
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Akıllı kentler = Smart cities

Özet:
Bugünün akıllı şehirlerinde, konferans mekânlarında, kulelerde, konutlarda ve çok katlı binalarda yoğun çalışma ortamları ortaya çıkmaktadır. İletişim ekipmanları ve sistemleri, operasyonel ömür boyunca çeşitli elektromanyetik etkilerle karşılaşmaktadır. Bu etkiler, akıllı şehirlerde Elektromanyetik Girişim ve Elektromanyetik Uyumluluk konularını insanlar için önemli endişeler haline getirmiştir. Özellikle mikrodalga ve optik frekans bantlarında, sinyal işleme sistemlerindeki önemli bir işlem olarak uzamsal filtreleme dikkat çeker, elektromanyetik dalgalarını bastırmayı veya ortadan kaldırmayı amaçlar. Gündelik yüzeylere entegre edilmiş frekans seçici yüzeyler, IoT uygulamaları için kilit bileşenler olarak önem kazanmaktadır. Bu çalışmada, IoT uygulamaları için çift katmanlı geniş bant frekans seçici bir yüzey önerilmiştir. Önerilen tasarımdaki katmanlar tek başlarına kullanıldığında, sub-6GHz'de en çok kullanılan frekans bantlarından biri olan 3.7 GHz (n77) ve 4.5 GHz (n79) için bant durdurma özellikleri sergilemektedir. Birleşik bir yapıda kullanıldıklarında ise, 3.61 GHz ile 5.0 GHz aralığında, 1.39 GHz bant genişliği göstermektedirler. TE ve TM modları için 0 ila 60 derece arasındaki gelen açılarda ekleme kaybındaki değişimleri gözlemlemek için önerilen FSY yapıları için simülasyonlar yapılmıştır. Bu simülasyonlar, tasarımın polarizasyon bağımsızlığını göstermektedir. Dielektrik sabiti 2.77 olan ve 1.48 mm kalınlığındaki şeffaf Polivinil klorür, alt tabaka malzemesi olarak kullanılmıştır. Optik geçirgenlik, Katman 1 için %96.7, Katman 2 için %95.7 ve çok katmanlı yapı için %92.4 olarak hesaplanmıştır. Önerilen tasarım, yüksek şeffaflığı, maliyet etkinliği, baskılama yeteneklerindeki güçlü performansı ve polarizasyon bağımsızlığı nedeniyle sub-6-GHz frekans bantlarında IoT uygulamaları için kullanışlı bir yapı olacaktır. 3D tam dalga simülasyonlarının sonuçları, ölçüm sonuçlarıyla karşılaştırılmış ve iyi bir uyum gözlemlenmiştir.

Abstract:
In today's smart cities, dense working environments are emerging within conference venues, towers, condominiums, and multi-story buildings. Communication equipment and systems encounter various electromagnetic influences throughout their operational lifespan. These effects have raised significant concerns for people in smart cities regarding Electromagnetic Interference and Electromagnetic Compatibility. Particularly in microwave and optical frequency bands, spatial filtering stands out as a crucial operation in signal processing systems, aiming to suppress or eliminate EM waves. Frequency-selective surfaces integrated into everyday surfaces are becoming crucial components for IoT applications. This study introduces a double-layer wideband frequency-selective surface tailored for IoT applications. When the individual layers in the proposed design are used separately, they exhibit band-stop characteristics for two widely used frequency bands in sub-6GHz: 3.7 GHz (n77) and 4.5 GHz (n79). When combined in a unified structure, they demonstrate a bandwidth of 1.39 GHz, ranging from 3.61 GHz to 5.0 GHz. Simulations for the suggested FSS structures have been conducted to observe variations in insertion loss across incident angles ranging from 0 to 60 degrees for both TE and TM modes, demonstrating the design's polarization independence. Transparent polyvinyl chloride with a dielectric constant of 2.77 and a thickness of 1.48 mm has been utilized as the substrate material. The optical transmittance is calculated to be 96.7% for Layer 1, 95.7% for Layer 2, and 92.4% for the multilayer structure. The proposed design is well-suited for sub-6-GHz IoT applications due to its high transparency, cost-effectiveness, robust performance capabilities in suppression, and polarization independence. The results of 3D full-wave simulations have been compared with measurement outcomes, showing good agreement.