Yapay arı koloni algoritması kullanılarak çok katmanlı mikrodalga soğurucu özellikli kalkanlayıcı beton tasarımı
Using artificial bee colony algorithm shielding concrete design with multilayer microwave absorber
Yazar: KEMAL SARI
Danışman: DOÇ. DR. ABDURRAHİM TOKTAŞ
Karamanoğlu Mehmetbey Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikrodalga, kablosuz iletişimden, radar ve biyomedikal uygulamalara kadar çok farklı kullanım alanlarına sahiptir. Bununla birlikte, hem sağlık hem de savunma alanında mikrodalganın soğurulmasının ve/veya ekranlanmasının gerektiği durumlar olabilmektedir. Stratejik askeri binaları radardan gizlemek ve mikrodalga ölçüm odalarını veya özel odaları izole etmek için genellikle kalkanlayıcı malzemeler kullanılmaktadır. Yapılan tez çalışmasında, beton temelli malzemeler kullanılarak, soğurucu özellikli çok katmanlı mikrodalga kalkanlayıcı (ÇKMK) beton tasarlanmıştır. ÇKMK, farklı malzemelerden oluşmuş birden fazla katmanın üstüste yerleştirilmesi ile elde edilmektedir. ÇKMK yapıların en önemli avantajı, geniş frekans bandında yüksek soğurma performansı sunmasıdır. ÇKMK tasarımı için düşük yansıma katsayısı verecek şekilde, katmanlarda kullanılacak malzemelerin ve katman kalınlıklarının belirlenmesi gerekmektedir. Bu yönüyle, ÇKMK tasarımı bir ters (inverse) tasarım problemdir. Bundan dolayı, ÇKMK tasarımında optimizasyon algoritmaları kullanılmaktadır. Tez kapsamında kullanılacak numuneler, çimento matrisi içerisine yerleştirilmiş demir, karbon ve seramik katkılardan oluşturulmuştur. Söz konusu malzemelerden ağırlıkça farklı oranlarda harca ilave edilerek 26 farklı beton numunesi elde edilmiştir. Beton numunelerin elektromanyetik (EM) saçılma parametreleri (S11 ve S21), dalga klavuzu yöntemi ile ölçülmüştür. Bu parametrelerden Nicholson Ross Weir (NRW) tekniği kullanılarak elektriksel ve manyetik geçirgenlik sabitlerinden oluşan bir malzeme veritabanı oluşturulmuştur. Söz konusu malzeme veritabanı üzerinden birden yedi katmanlıya kadar ÇKMK yapıları, Yapay Arı Kolonisi (YAK) algoritması kullanılarak tasarlanmıştır. Aynı zamanda optimum katman sayısınında belirlenmesi amacıyla, tasarlanan ÇKMK'lar karşılaştırılmış ve dört katmanlı olanı, genel optimum yapı olarak belirlenmiştir. Gelecek çalışmalarımızda, belirlenen dört katmanlı ÇKMK'nın prototipinin üretilmesi ve ölçülmesi planlanmaktadır.

Abstract:
Microwave has many different uses, from wireless communication to radar and biomedical applications. In addition, there may be situations where absorption and/or shielding of the microwave is required, both in the health and defence field. Shielding materials are often used for purposes such as hiding strategic military buildings from radar system and isolating microwave anechoic chamber or private rooms. In the thesis study, multi-layer microwave shielding (MLMS) concrete with absorbing property was designed using concrete-based materials. MLMS is obtained by placing more than one layer of different materials on top of each other. The most significant advantage of MLMS structures is that they offer high absorption performance in broadband frequency range. It is necessary to determine the materials to be used in the layers and their thicknesses so as to give a low reflection coefficient for the design of MLMS. In this respect, MLMS design is an inverse problem. Therefore, optimization algorithms can be used in MLMS design. Within the scope of the thesis, firstly the specimens to be used in the layers were formed from iron, carbon and ceramic additives filled in the cement matrix. Twenty-six different concrete specimens were obtained by adding the aforementioned materials to the mortar at different weight ratios. Electromagnetic (EM) scattering parameters (S11 and S21) of concrete specimens were measured by the waveguide method. A material database consisting of electrical and magnetic permeability constants was created using the Nicholson Ross Weir (NRW) technique from these parameters. From one to seven-layer MLMS structures were designed using the Artificial Bee Colony (ABC) algorithm over the aforementioned material database. At the same time, in order to determine the optimum number of layers, the designed MLMSs were compared, and the four-layer one was determined as the overall optimum structure. In our future work, it is planned to produce and measure the prototype of the determined four-layer MLMS.