Giyilebilir uygulamalar için frekans seçici yüzey tasarımı
Frequency selective surface design for wearable applications
Yazar: NAZAN YILMAZ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİGAR BERNA TEŞNELİ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında giyilebilir uygulamalarda kullanılmak üzere, 6 GHz'in altındaki bantlarda filtreleme özelliği gösteren çoklu bant durdurma iletim cevabına sahip iki farklı, özgün Frekans Seçici Yüzey (FSY) tasarımı ve analizi sunulmuştur. Tasarım-1 olarak adlandırılan ve iki farklı frekansta durdurma bandına sahip yapıda alttaş olarak polyester keçe kumaş, Tasarım-2 olarak tanımlanan üç durdurma bandına sahip yapıda ise alttaş olarak yünlü keçe kumaş tercih edilmiş ve her iki tasarımda da iletken olarak bakır kullanılmıştır. Kullanılan kumaşlara ait elektriksel özellikler referans alınarak güçlü bir elektromanyetik analiz programı olan CST Studio Suite programı aracılığı ile FSY'lere ait tasarımlar gerçekleştirilmiş ve tasarımı yapılan yapılar için S21 (iletim) ve S11 (yansıma) frekans cevapları incelenmiştir. Kumaş FSY yapıların tasarımlarına ait parametre analizleri gerçekleştirilerek, tasarım parametreleri optimize edilmiş ve istenilen frekans bantlarında filtreleme özelliği göstermesi sağlanmıştır. Tasarım-1 sırasıyla 2.4 GHz  ve 4.72 GHz frekanslarında iletim sıfırlarına sahip, 0.75 GHz ve 0.69 GHz bant genişliğinde iki durdurma bandı bulundurmaktadır. Tasarım-2 kumaş FSY yapısı ise 1.17 GHz, 3.74 GHz ve 4.72 GHz frekanslarında üç iletim sıfırına sahiptir. Bant genişlikleri ise; 0.65 GHz, 1 GHz ve 1.17 GHz'dir. Hem Tasarım-1  hem de Tasarım-2  TE ve TM polarizasyonlarda özdeş frekans cevaplarına sahiptir. Dolayısıyla her iki tasarım da polarizasyondan bağımsız frekans tepkisi özelliği sergilemektedir. Açısal kararlılık analizleri gerçekleştirilen yapılardan Tasarım-1 farklı geliş açıları için; 1.rezonans frekansı 2.4 GHz'de TE polarizasyon için 30º'ye kadar %5.83'lük bir sapma ile kararlı davranırken, TM polarizasyonda %2.5'lik bir sapma ile 60º'ye kadar kararlı davranmıştır. Tasarım-2'nin ise farklı dalga geliş açıları için 1. rezonans frekansında 60º'ye, 2 ve 3.rezonans frekansında 20º'ye kadar açısal kararlılık sergilediği görülmektedir. Tasarım-2 kumaş FSY yapısı; %90 yün karışımına sahip keçe kumaş alttaş üzerine, 0.035 mm kalınlıkta bakır bant ile 3×5'lik bir FSY dizisi biçiminde üretilmiş ve yansımasız odada serbest uzay ölçüm metodu kullanılarak iletim parametresi ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ölçüm sonuçları benzetim sonuçları ile karşılaştırılarak yapılan analizlerin doğruluğu test edilmiştir.

Abstract:
This thesis presents the design and analysis of two different, novel Frequency Selective Surfaces (FSS) with multiband stop transmission response and filtering at bands sub- 6 GHz for wearable applications. Design-1, which has two stop bands at different frequencies, uses polyester felt fabric as the substrate, while Design-2, which has three stop bands, uses wool felt fabric as the substrate and copper is used as the conductor in both designs. With reference to the electrical properties of the fabrics used, the designs of the FSSs were realized by means of CST Studio Suite, a powerful electromagnetic analysis program, and the S21 (transmission) and S11 (reflection) frequency responses were examined for the designed structures. Parameter analysis of the designs of the fabric FSS structures was performed, the design parameters were optimized and the filtering feature was provided in the desired frequency bands. Design-1 has transmission zeros at frequencies of 2.4 GHz and 4.72 GHz, respectively, and two stop bands of 0.75 GHz and 0.69 GHz bandwidth. Design-2 fabric FSS structure has three transmission zeros at frequencies of 1.17 GHz, 3.74 GHz and 4.72 GHz. The bandwidths are 0.65 GHz, 1 GHz and 1.17 GHz. Both Design-1 and Design-2 have identical frequency responses in TE and TM polarizations. Therefore, both designs exhibit polarization insensitive frequency response characteristics. Among the structures for which angular stability analyses were performed, Design-1 behaved stable with a deviation of 5.83% up to 30 for TE polarization at the 1st resonant frequency of 2.4 GHz for different incidence angles, while it behaved stable up to 60 for TM mode with a deviation of 2.5%. It is observed that Design-2 exhibits angular stability up to 60 at the 1st resonance frequency and up to 20 at the 2nd and 3rd resonance frequency for different wave incidence angles. Design-2 fabric FSS structure was fabricated as a 3×5 FSS array with a 0.035 mm thick copper tape on a felt fabric substrate with 90% wool blend and transmission coefficient measurements were performed using the free space measurement method in an anechoic chamber. The measurement results were compared with the simulation results for verification.