Kaotik fraktal yapılar kullanılarak tasarlanan metamalzemelerin sinyal emici ve sensör uygulamalarındaki başarımı
Performance of metamaterials designed using chaotic fractal structures in signal absorber and sensor applications
Yazar: SAİT ÜNAL
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET SERTOL KÖKSAL
Yozgat Bozok Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Mekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Metamalzemeler, doğada bulunmayan ve olağandışı elektromanyetik özelliklere sahip yapay malzemelerdir. Medikal, görüntü işleme, sinyal emilimi, görünmezlik pelerini, enerji hasadı, sensör ve anten gibi birçok alanda uygulamaları vardır. Kaos teorisi ise, başlangıç koşullarına son derece duyarlı olan ve gürültü gibi geniş bir güç spektrumuna sahip olan düzensizliğin düzeni olarak tanımlanabilir. Kaos teorisinin bu özelliğinden yararlanılarak metamalzeme tasarımında rezonatör katmanı kaos desenlerinden oluşturulmuştur. Kaotik desenler hem rastgele şekillere hem de boyutlara sahip birimlerden oluşmaktadır. Bu tez çalışmasında metamalzeme tabanlı sensör ve soğurucu konuları ele alınmış ve simülasyonlar yapılmıştır. Tasarlanan metamalzeme, kaotik desenli rezonatör katman, dielektrik katman ve iletken katman olmak üzere üç katmandan oluşur. Spektrumun C bandında çalışan sensör uygulamasında, rezonatör katmanında Rossler kaotik çekicisinden elde edilen desen kullanılmıştır. Spektrumun kızılöztesi bölgesinde çalışan soğurucu uygulamasında ise Lorenz kaotik çekicisinden elde edilen desen kullanılmıştır. Simülasyonlar, sonlu integrasyon tekniği tabanlı CST Microwave Studio programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Önerilen rezonatör yapısı, literatürdeki çalışmalar ile benzer sonuçlar göstermiştir. Sinyal emici tasarımda alttaş olarak Rogers RT5870 malzemesi, sensör tasarımında ise FR-4 malzemesi kullanılmıştır. Bu tez kapsamında tasarlanan metamalzemelerin birçok alanda kullanılabileceği öngörülmektedir.

Abstract:
Metamaterials are artificial materials that are not found in nature and have unusual electromagnetic properties. They have applications in many fields such as medical, image processing, signal absorption, invisibility cloaks, energy harvesting, sensors and antennas. Chaos theory can be defined as the order of disorder, which is highly sensitive to initial conditions and has a wide power spectrum like noise. By utilising this feature of chaos theory, the resonator layer in metamaterial design is formed from chaos patterns. Chaotic patterns consist of units with both random shapes and dimensions. In this thesis, metamaterial based sensors and absorbers are discussed and simulation studies are carried out. The designed metamaterial consists of three layers: resonator layer, dielectric layer and conductive layer with chaotic patterns. In the sensor application operating in the C band of the spectrum, the pattern obtained from the Rossler chaotic attractor was used in the resonator layer. In the absorber application operating in the infrared region of the spectrum, the pattern obtained from the Lorenz chaotic attractor is used. Simulation studies were carried out using the FIT-based CST Microwave Studio programme. The resonator structure used in the proposed structure has shown similar results with the studies in the literature. Rogers RT5870 material was used as substrate in the signal absorber design and FR-4 material was used in the sensor design. It is predicted that the metamaterials designed within the scope of this thesis can be used in many fields.