Terahetz bölgesinde tek katmanlı, yüksek verimli ve geniş band polarizasyon dönüştürücü tasarımı
The polarization converter design based on single-layer, high efficiency and broadband in terahetz region
Yazar: FATİH KADİROĞLU
Danışman: DOÇ. DR. GÖKHAN ÖZTÜRK
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Eğitimi Ana Bilim Dalı / Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik = Electromagnetic ; Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields ; Elektromanyetik dalgalar = Electromagnetic waves ; Mikrodalgalar = Microwaves ; Polariton = Polariton ; Vanadyum = Vanadium

Özet:
Amaç: Bu çalışmanın amacı, terahetz bölgesinde uyarlanabilir, yüksek verimli ve geniş bant polarizasyon dönüştürücü tasarımı bilgisayar ortamında gerçekleştirmektir.
Yöntem: Çalışmada, polarizasyon dönüştürücü metamalzeme, bir elektromanyetik benzetim programı olan CST Microwave Studio ile tasarlanmıştır. Rezonans frekanslarında akım yoğunluğu, polarizasyon dönüştürücü için yansıma katsayıları, polarizasyon dönüştürme oranları, ortogonal bileşenler ve faz farkları CST Microwave Studio ile simüle edilmiştir. Vanadyum dioksitin dielektrik sabiti Bruggeman etkili ve Drude modeli ile gerçekleştirilerek karşılaştırılmıştır.
Bulgular: Tasarlanan metamalzeme, Bruggeman etkili modeli ile vanadyum dioksitin dielektrik sabiti 9 alındığında 5,29-13,68 THz aralığında %90 üzeri polarizasyon dönüştürme oranı (PCR), göreceli bant genişliği (RBW) %88,40, 5,46-13,62 THz aralığında PCR değeri en az %96 olarak hesaplanmıştır. Aynı zamanda, tasarlanan metamalzeme Drude modeli ile vanadyum dioksitin dielektrik sabiti 12 alınarak 5,20-13,61 THz aralığında %90 üzeri PCR, RBW %89,39, 5,35-9,62 THz ile 10,47-12,64 THz aralığında PCR değeri en az %96 olarak hesaplanmıştır.
Sonuç: Bu tez çalışmasında Bruggeman etkili modeli ile vanadyum dioksitin dielektrik sabiti 9 alındığında yaklaşık 8,38 THz, Drude modeli ile 12 alındığında yaklaşık 8,41 THz bant genişliğinde  %90 üzerinde polarizasyon dönüşüm yapan ve 5,4 μm kalınlığında uyarlanabilir, yüksek verimli bir model oluşturulmuştur. Vanadyum dioksitin sıcaklığa göre iletkenlik seviyesinin değişmesinden dolayı dinamik bir metamalzeme tasarlanmıştır.

Abstract:
Purpose: The aim of this study is to design an adaptable, high-efficiency and broadband polarization converter in the terahetz region in a computer environment.
Method: In this study, the polarization converter metamaterial is designed with CST Microwave Studio, an electromagnetic simulation program. Current density at resonant frequencies, reflection coefficients for the polarization converter, polarization conversion ratios, orthogonal components and phase differences were simulated with CST Microwave Studio. The dielectric constant of vanadium dioxide is compared with the Bruggeman effective and Drude model.
Findings: The designed metamaterial has a polarization conversion rate (PCR) of over 90% in the range of 5.29-13.68 THz, relative bandwidth (RBW) of 88.40%, and PCR value of at least 96% in the range of 5.46-13.62 THz by taking the dielectric constant of vanadium dioxide 9 with the Bruggeman effective model. At the same time, by taking the dielectric constant of vanadium dioxide as 12 with the designed metamaterial Drude model, PCR over 90% in the range of 5.20-13.61 THz, RBW 89.39%, PCR value at least 96% in the range of 5.35-9.62 THz and 10.47-12.64 THz were calculated.
Conclusion: In this thesis study, an adaptable, high-efficiency model with a polarization conversion of over 90% and a thickness of 5.4 μm was created with a bandwidth of approximately 8.38 THz when the dielectric constant of Vanadium dioxide was taken as 9 with the Bruggeman effect model, and approximately 8.41 THz when the dielectric constant of Vanadium dioxide was taken as 12 with the Drude model. A dynamic metamaterial was designed because the conductivity level of vanadium dioxide changes according to temperature. 
Keywords:  microwave, polarization converter, vanadium dioxide, metamaterial, PCR, RBW, broadband, terahertz.