Novel multi-band metamaterials in microwave region with applications in antennas
Mikrodalga bölgesinde çalışan özgün çok-bantlı metamalzemeler ve anten uygulamaları
- Tez No: 384990
- Danışmanlar: PROF. DR. GÖNÜL SAYAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 202
Özet
Bu tez mikrodalga frekanslarında çalışan çok bantlı metamalzemelerin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu üzerinde yoğunlaşmış olup, tasarlanan metamalzemeler özgün anten tasarımlarına uygulanmış ve aşağıda sıralanan sonuçlar elde edilmiştir.Tezin ilk kısmında, düzlemsel metamalzeme dizilerinin tasarımı, benzetimi ve karakterizasyonu için gerekli olan önemli kavramlar incelenmiştir. Tüm incelemeler düzlemsel metamalzeme dizilerinin özgün bir örneği olan ve iki frekans bandında çalışan iç içe geçmiş U halkalı rezonatörlerden oluşan metamalzeme (2-NURR) dizisi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. İlk olarak değişik elektromanyetik uyarım çeşitlerinin düzlemsel 2-NURR metamalzeme dizilerinin davranışı üzerindeki etkisi araştırılmıştır. Daha sonra değişik sınır koşullarının ve değişik hesaplama hacim boyutlarının periyodik düzlemsel 2-NURR metamalzeme dizilerinin sayısal benzetimine etkileri incelenmiştir. Ardından, yaygın olarak kullanılan parametre çıkarım yöntemleri, Nicholson-Ross-Weir (NRW) algoritması üzerinde odaklanılarak, gözden geçirilmiştir. Son olarak, NRW yönteminin sık metamalzeme dizilerine uygulanması durumunda ortaya çıkan önemli zafiyetler gösterilmiştir. Tezin ikinci kısmında, çok bantlı özgün bir MNG tipi metamalzeme olan, küçük ve geometrik olarak basit birim hücre yapısına sahip, M tane frekans bandında çalışan, iç içe geçmiş yarıklı halkalı rezonatör (M-NSRR) yapısı önerilmiş ve sayısal olarak incelenmiştir. Daha sonra M-NSRR yapısının daha basit bir çeşidi olan iç içe geçmiş U halkalı rezonatör (M-NURR)'ün benzetim yöntemleri, üretim ve ölçüm basamakları verilmiştir. Ardından, M-NURR yapısını daha fazla küçültmek için M-NURR yapısının tek taraflı ve çift taraflı (düzleme dik bağlaşmış şekilde) durumları karşılaştırılmalı olarak gösterilmiştir. Bu kısmın sonunda, değişik şekillerdeki iç içe geçmiş halkalardan oluşan rezonatörlerin performansları karşılaştırılmıştır. Tezin son kısmında, GSM (1.93-1.99GHz), ISM (2.43-2.4835GHz), ve WIMAX (3.3-3.6GHz) frekanslarında çalışan, metamalzemelerden esinlenen, elektriksel olarak küçük ve yönlendirilebilir yayılım örüntüsüne sahip bir, iki ve üç bantlı antenler gösterilmiştir. İlk olarak, bu antenlerin performans karakteristikleri sayısal olarak incelenmiştir. Daha sonra, yönlenmiş yayınım örüntüsüne sahip antenlere örnek olarak GSM (1.93-1.99GHz) frekansında çalışan ve maksimum yayınım yönü dikey, köşegen ve yatay konumda olan üç farklı anten üretilmiş ve bu antenler için ölçüm sonuçları rapor edilmiştir. Son olarak, çok bantlı çalışma frekansına sahip antenlere örnekleri olarak üretilmiş olan dikey konumda yayınım örüntüsüne sahip iki ve üç bantlı antenler için ölçüm sonuçları verilmiştir.
Özet (Çeviri)
This dissertation is focused on the design, fabrication, and characterization of multi-band metamaterials in microwave region with novel applications in antennas with the following outcomes: In the first part of dissertation, important concepts that have to be considered during the design, simulation and characterization of planar metamaterial arrays are investigated. All investigations are performed using the planar dual band nested U-ring resonator (2-NURR) metamaterial array that is a novel exemplar of the planar metamaterial arrays. First, effects of different electromagnetic excitation types on the behavior of planar 2-NURR metamaterial array are examined. Then, the effects of using different boundary conditions and different computational volume dimensions in numerical simulations of periodic planar 2-NURR metamaterial arrays are investigated. Next, the commonly used parameter retrieval methods are reviewed with a special focus on the widely used Nicholson-Ross-Weir (NRW) algorithm. Finally, the important shortcomings of NRW algorithm are demonstrated for dense metamaterial arrays. In the second part of dissertation, the M-band nested split ring resonator (M-NSRR) having a small and geometrically simple unit cell is introduced as a novel multi-band MNG type metamaterial. Then, design and simulation procedures, fabrication and measurement processes for the M-band nested U-ring resonator (M-NURR) are given as the modified simpler version of the M-NSRR topology. Next, the single-sided and double-sided (in broadside-coupled configuration) versions of the M-NURR are demonstrated on a comparative basis for further miniaturization of the M-NURR topologies. At the end of this part, performances of nested ring resonators with different topologies are compared. In the last part of dissertation, metamaterial-inspired electrically small, single-, dual- and triple-band antennas with steerable radiation patterns and high radiation efficiencies at the GSM (1.93-1.99GHz), ISM (2.43-2.4835GHz), and WIMAX (3.3-3.6GHz) frequencies are introduced. First, performance characteristics of these single-band and multi-band antennas are investigated numerically. Then, three different single band antennas having their maximum directivities in the vertical, diagonal and horizontal directions at the GSM (1.93-1.99GHz) frequencies are fabricated as the exemplars of the antennas with steerable radiation pattern and experimental results from these antennas are reported. Finally, experimental results for fabricated dual- and triple-band antennas having their maximum directivities in the vertical directions are demonstrated as examples to multi-band metamaterial antenna applications.
Benzer Tezler
- Analysis, applications, and a novel design of double negative metamaterials
Çift negatif metamalzemelerin analiz, uygulama ve yeni tasarımı
CUMALİ SABAH
Doktora
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ UÇKUN
- Design, fabrication and characterization of novel metamaterials in microwave and terahertz regions: Multi-band, frequency-tunable and miniaturized structures
Mikrodalga ve terahertz bölgelerinde özgün metamalzemelerin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu: Çok-bantlı, frekansı-ayarlanabilir ve küçültülmüş yapılar
EVREN EKMEKÇİ
Doktora
İngilizce
2010
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü
PROF. DR. GÖNÜL TURHAN SAYAN
- Experimental demonstration of transmission enhancement through subwavelength apertures at microwave frequencies
Mikrodalga frekanslarinda dalgaboyu alti deliklerden olağanüstü elektromanyetik geçirgenliğin deneysel gösterimi
DAMLA ATEŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Metamateryal altyapılı ve halka yüklemeli mikroşerit anten tasarımları ve gerçeklenmesi
Design and realization of microstrip antennas with metamaterial substrates and loop loadings
ADNAN SONDAŞ
Doktora
Türkçe
2011
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiElektronik-Bilgisayar Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUNUS EMRE ERDEMLİ
- Single-walled carbon nanotube based metamaterial absorber for solar cell application
Güneş pili uygulamaları için tek duvarlı karbon nanotüpler tabanlı meta malzeme soğurucusu
MADİNA OBAİDULLAH
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiSürdürülebilir Çevre ve Enerji Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CUMALİ SABAH
DOÇ. DR. VOLKAN ESAT