Geniş bantlı metamalzeme tabanlı mikroşerit anten yapıların tasarım, optimizasyon, fabrikasyon ve ölçümleri
Design, optimization, fabrication and measurements of wide band metamaterial based microstrip antenna structures
Yazar: HÜSEYİN AKÇELİK
Danışman: DOÇ. DR. HASAN KOÇER ; DR. ERDAL TORUN
Kara Harp Okulu Komutanlığı / Savunma Bilimleri Enstitüsü / Teknoloji Yönetimi Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology ; Savunma ve Savunma Teknolojileri = Defense and Defense Technologies
Dizin: Anten = Antenna ; Bant genişliği = Band width ; Elektromanyetik karıştırma = Electromagnetic stirring ; Mikroşerit antenler = Microstrip antennas ; Tasarım = Design

Özet:
Son yıllarda gerek askeri gerekse ticari uygulamalarda boyutları küçültülmüş ancak aynı zamanda geniş bant genişliğine sahip antenlere olan ihtiyaç artmaktadır. Bu bağlamda, kompakt, hafif, düşük profil, düşük maliyet ve geniş bant genişliği gibi kavramlar kablosuz iletişim sistemleri tasarımcıları tarafından gerçekleştirilmesi gereken önemli zorlukların başında gelmektedir. Bu konuda mikroşerit antenler, basit yapıları, küçük boyutları, düzgün ve eğimli yüzeylere uygulanabilmeleri, üretim maliyetlerinin düşüklüğü ve sert yüzeylere uygulandığında dayanıklı olmaları gibi bir çok dikkat çekici özelliği ile öne çıkmaktadır. Ancak, en önemli dezavantajı dar bant genişliğine sahip olmalarıdır. Sol elli malzemeler ya da diğer ismiyle bilinen metamalzemeler; doğada var olmayan elektromanyetik özelliklerinin teorik ve deneysel olarak ispatlanmasıyla birlikte, araştırmacılar tarafından birçok pratik uygulamada ve özellikle de anten tasarımlarında kullanılmaya başlanmıştır. Bu tez çalışmasında, metamalzeme tabanlı geniş bant mikroşerit anten yapıların tasarım, optimizasyon, üretim ve ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan yapının simülasyon ortamında istenilen frekans aralığında optimizasyonu yapılarak üretimi gerçekleştirilmiştir. Ölçüm ve simülasyon sonuçları karşılaştırılmış, laboratuvar ve dış ortamda  yazılım tabanlı telsiz kullanılarak kablosuz haberleşme uygulaması ve elektromanyetik  çit uygulaması yapılmıştır. Bu çalışma sekiz bölümden oluşmaktadır.
Birinci bölümde, metamalzeme tabanlı geniş bant mikroşerit anten yapıların askeri amaçlı kullanılabilirliğine ilişkin tezin amacı ile bu kapsamda nasıl bir çalışma yöntemi izleneceği ve ne tür analizlerin yapılacağı belirtilmiştir.
İkinci bölümde, metamalzeme kavramı ve teorik altyapısı incelenerek elektromanyetik dalganın metamalzeme ortamlarda ilerlemesine ilişkin özellikler anlatılmıştır. 
Üçüncü bölümde, literatürde bulunan metamalzeme tabanlı anten yapılar özetlenerek çalışmamızla paralellik gösteren geniş bant antenler incelenmiştir.
Dördüncü bölümde, metamalzeme tabanlı geniş bant anten yapının tasarım, simülasyon, üretim ve ölçüm aşamaları anlatılmıştır. Ayrıca metamalzeme antenle karşılaştırma yapabilmek maksadıyla benzer özelliklerde klasik mikroşerit anten de incelenmiştir.
Beşinci bölümde, metamalzeme anten ile yazılım tabanlı telsiz kullanılarak iç ve dış ortamlarda kablosuz haberleşme uygulaması ve güç alım performansı ölçümü yapılmıştır.
Altıncı bölümde, laboratuvar koşullarında metamalzeme antenler ile yazılım tabanlı telsiz destekli sanal elektromanyetik çit uygulaması gerçekleştirilmiştir.
Yedinci bölümde, metamalzeme antenlerin de kullanılabileceği yazılım tabanlı telsiz destekli duvar arkası hareket algılama ve yer tespiti hakkında yapılabilecek çalışmalar için ön bilgi verilmiştir.
Son olarak sekizinci bölümde ise, sonuçlar değerlendirilmiş ve tasarlanan metamalzeme anten yapının potansiyel kullanım alanları açıklanmıştır. Ayrıca gelecek çalışmalarda neler yapılabileceği hakkında bilgi verilmiştir.

Abstract:
In recent years, the need for small sized and brodened bandwidth antennas has increased in both military and commercial applications. In that respect, compact size, lightweight, low profile, low cost and broadened bandwidth are now quite important challenges to be accomplished by the designers of wireless communication systems. On this issue, the printed microstrip antennas present attractive features, such as a simple structure, small size, conformable to planar and nonplanar surfaces, inexpensive to manufacture and mechanically robust when mounted on rigid surfaces. However, major disadvantage of microstrip antenna is narrow frequency bandwidth. Since the artificial left-handed materials (LHMs) or other named metamaterials were theoretically and experimentally demonstrated, scientists and engineers have tested various ways to bring these artificial material into practical applications, especially in antennas. In this study, metamaterial based broadband microstrip antenna structure's design, optimization, fabrication and measurements are explained. The antenna is fabricated after optimization of the designed structure in the desired frequency range in simulation. Measurement results are compared with simulated ones and the metamaterial antennas are used for wireless communication and electromagnetic fence applications by using software defined radio in both lab and outdoor environments. This study consists of eight chapters.
In the first chapter, the availability of metamaterial based broadband microstrip antenna structures for military purposes, the aim of the study and the working methods are discussed.
In the second chapter, metamaterial concept by examining the theoretical background and electromagnetic wave propagation in metamaterial environment are described.
In the third chapter, metamaterial based antenna structures found in literature are summarized and examined, especially ones with widebands which are parallel with our study. 
In the fourth chapter, metamaterial based broadband antenna design, simulation, fabrication and measurement steps are described. Also, a conventional microstrip antenna which is same sized with our proposed structure is studied in order to make comparison.
In the fifth chapter, the metamaterial antenna's power reception performance is measured in a wireless communication application by using software defined radio in both lab and outdoor environments.
In the sixth chapter, a virtual electromagnetic fence appliaction is set up in lab circumstances by using two metamaterial antennas and software defined radios.
In the seventh chapter, a preliminary information is given about through-wall motion detecting and locating application with software defined radio where the metamaterial antennas can be employed. 
And finally, the last chapter describes the results evaluated and potential uses of proposed antenna. It also provides information about what can be done in future studies.