Çok bantlı karakteristiğe sahip açısal kararlı antipodal F-tipi frekans seçici yüzey tasarımı ve analizi
Design and analysis of angular stable antipodal F-type frequency selective surface with multi-band characteristics
Yazar: MERT KARAHAN
Danışman: DOÇ. DR. ERTUĞRUL AKSOY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında üç farklı frekans bandında bant durdurma ve iki farklı frekans bandında bant geçirme filtre özelliği gösteren çok bantlı karakteristiğe sahip frekans seçici yüzey (FSY) tasarımı sunulmaktadır. Önerilen FSY birim hücresi, dielektrik alttaşın her iki yüzeyi üzerinde antipodal (ters simetrik) olarak yerleştirilmiş F-tipi iletken elemanlar ve üst yüzeydeki F-tipi iletkenleri çevreleyen bir kare döngü iletken elemandan oluşmaktadır. Çok bantlı FSY yapısı yer kontrol istasyonunda C-bant uydu haberleşmesine imkân sağlarken, aynı zamanda Wi-Fi, WiMAX ve WLAN gibi yaygın olarak kullanılan belirli frekanslardaki geniş bant iletişim sinyallerini filtrelemek için özel olarak tasarlanmıştır. Önerilen yapı 2,4 GHz, 5,2 GHz ve 5,9 GHz'de çalışan üç durdurma bandının yanı sıra bant geçiren filtre özelliği gösteren 4,1 GHz ve 5,5 GHz'deki iki geçirme frekansında sahiptir. Bu yapı çok bantlı karakteristiğe sahip olmasına rağmen, yüzeye geliş açısı 0˚ ile 60˚ arasında değişen elektromanyetik (EM) dalgalara karşı hem enine elektrik (TE) hem de enine manyetik (TM) polarizasyonlarda yüksek kararlılıkta performans sergilemektedir. Çok bantlı FSY'nin eğik açılarda gelen EM dalgaya karşı rezonans frekanslarındaki bozulma (RFB) oranının geliş açısı 60˚ iken beş farklı rezonans frekansında ortalama %0,6'nın altında olduğu ve literatürdeki benzer çok bantlı yapılarla kıyaslandığında RFB değerinin çok düşük seviyede olduğu tespit edilmiştir. Önerilen yapının iletim karakteristiğini tahmin etmek ve analiz etmek maksadıyla ayrıntılı eşdeğer devre modeli (EDM) çıkarılmıştır. Benzetim ortamında, eşdeğer devre analizinde ve üretimde elde edilen sonuçlar karşılaştırıldığında tamamının uyum içerisinde olduğu görülmektedir.

Abstract:
This dissertation presents frequency selective surface (FSS) with multi-band characteristics that features tri band band-stop and dual-band passband filter. The proposed FSS unit cell comprises the F-type resonance elements disposed of antipodal (diametrically opposed to) one to another on both layer and a square loop surrounding all resonators on the top layer of the dielectric substrate. This structure is designed to be used as a frequency selective filter in the earth station performing satellite communication within the scope of a project. The design provides three stop-bands operating at 2.4 GHz, 5.2 GHz and 5.9 GHz that is used to filter out the potential interference from some broadband wireless communication systems such as WiMAX and WLAN; besides, two pass-band operating at 4 GHz and 5.5 GHz, which is used for C-band satellite communications systems at the earth station. Although this structure has a multi-band characteristic, it exhibits high stable performance for oblique incidence ranging from 0° to 60° for both transverse electric (TE) and transverse magnetic (TM) polarizations. Considering the resonant frequency deviation (RFD) at the incidence waves with different angles of arrivals, it was found that RFD at 60° is less than 0.5% on average and very low when compared with existing papers about multi-band FSS. The detailed equivalent-circuit model (ECM) is employed to predict and analyze the transmission characteristic of the proposed structure, and a good agreement between the simulated and measured transmission coefficients is obtained.