Design, simulation, and measurement of near-zero-index shells for electromagnetic beam generation
Elektromanyetik hüzme üretimi için sıfıra yakın indisli kabukların tasarımı, simülasyonu ve ölçümü
- Tez No: 695467
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 221
Özet
Bu çalışmada, eşyönlü kaynaklardan yönlü ışınım örüntüleri oluşturan sıfıra yakın indis (SYİ) niteliğine sahip üç boyutlu (3B) kabuk yapılarının tasarım ve benzetimleriyle birlikte, bu yapıların düşük maliyetli 3B baskı ile gerçeklemesi sunulmaktadır. SYİ hüzme üreteçlerinin tasarım süreçlerinde, hem sıfıra yakın bağıl elektriksel geçirgenlik ve/veya manyetik geçirgenlik değerlerinin kullanıldığı homojen modeller, hem de periyodik olarak yerleştirilen diyelektrik çubuklar içeren gerçekçi modeller incelenmiştir. Elektromanyetik problemlerin çözümleri, frekans uzayında etkin yüzey integral denklemi formülasyonlarının titiz uygulamaları vasıtasıyla gerçekleştirilmiştir. Yüzey integral denklemlerinden elde edilen matris denklemlerinin iteratif çözümleri, çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi (ÇSHÇY) ve gerektiğinde önkoşullayıcılarla hızlandırılmıştır. İlk olarak, istenilen frekans aralıklarında etkili yapılar elde etmek için, SYİ ortamlarının yansıma ve kırınım özellikleri kapsamlı olarak incelenmiştir. Sonrasında, isteğe göre uyarlanmış ışınım örüntüleri elde etmek için farklı stratejiler uygulanmıştır. Bu kapsamda, güçlü rezonans davranışlarına sahip çeşitli kovuklar, kabukların kaynak bölgeleri olarak tasarlanmıştır. Aynı zamanda, dış yüzeyler, dışarı çıkan elektromanyetik dalgaları güçlendirmek veya zayıflatmak için şekillendirilmiştir. SYİ hüzme üreteçlerinin kapsamlı benzetimlerine ve analizlerine ek olarak, bunların etkin kabiliyetleri 3B yazıcılarla üretilen farklı prototiplerin ölçümleriyle doğrulanmıştır. Diyelektrik çubuklarla SYİ özelliklerini verimli bir biçimde elde edilebilmesi için, çeşitli 3B yazıcı malzemeleri bir elektromanyetik karakterizasyon düzeneği ile kapsamlı olarak incelenmiştir. Çok çeşitli SYİ kabuk yapılarının ölçümleriyle, SYİ özelliklerinin iyi tasarlanmış ve uygun malzemeler içeren diyelektrik çubuk dizilimleriyle başarılı bir şekilde elde edildiği gösterilmiştir. Sonuçlar, çok sayıda mikrodalga uygulamasında faydalı olabilecek alternatif hüzme şekillerinin oluşturulabilmesi için, verimli, etkili, düşük maliyetli ve yeniden yapılandırılabilir SYİ kabukların uygulanabilirliğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, design and simulation of three-dimensional (3D) shell structures, which generate directional radiation patterns from isotropic sources, with near-zero-index (NZI) characteristics, as well as their realizations via low-cost 3D printing are presented. Throughout the design process of NZI beam generators, both homogenized structures, in which near-zero relative permittivity and/or permeability values are enforced, and actual models involving periodic arrangements of dielectric rods are examined. The solutions of electromagnetic problems are obtained by using rigorous implementations of novel surface-integral-equation (SIE) formulations in frequency domain. Iterative solutions of matrix equations derived from SIEs are accelerated by different forms of the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) and suitable preconditioners, when necessary. First, reflection and refraction properties of NZI media are extensively examined to obtain efficient structures in the intended frequency regimes. Then, alternative strategies are employed to obtain customized radiation patterns. In this context, various cavities with strong resonance behaviors are designed as source regions of the shells. At the same time, outer surfaces are modified to either enhance or suppress outgoing electromagnetic fields. In addition to comprehensive simulations and analyses of NZI beam generators, their effective capabilities are verified by measurements on different prototypes fabricated via 3D printing. In order to realize NZI properties efficiently via dielectric rods, various 3D printing materials are extensively investigated by an electromagnetic characterization setup. Measurements of diverse NZI shell structures are presented to demonstrate that NZI properties are successfully achieved by well-designed arrangements of dielectric rods with proper materials. The results demonstrate the feasibility of efficient, effective, low-cost, and reconfigurable NZI shells to generate alternative beam configurations that can be useful in a plethora of microwave applications.
Benzer Tezler
- Metamaterial antenna design for 5.8 GHz doppler radar
5.8 GHz doppler radarı için meta-malzeme anten tasarımı
HASAN ÖNDER YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ FATİH YAMAN
- Computational simulation and realization of three-dimensional metamaterials with various exotic properties
Çeşitli sıradışı özelliklere sahip üç boyutlu metamalzemelerin hesaplamalı benzetimleri ve gerçeklenmeleri
HANDE İBİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Modelling and characterization of the spoof surface plasmon polariton waveguides and reconfigurable components for terahertz integrated systems
Terahertz entegre sistemler için yapay yüzey plazmon polariton dalga kılavuzları ve ayarlanabilir bileşenlerin modellenmesi ve karakterizasyonu
MUHAMMED ABDULLAH UNUTMAZ
Doktora
İngilizce
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. MEHMET ÜNLÜ
- Gemilerin manevra denklemlerinin bilgisayarla çözümü
The Solutions of equations of ship manoeuvres by the computer
EMİN KORKUT
- Veri dönüştürücüleri ile tasarlanan seğirme ölçüm yöntemleri ve uygulamaları
Jitter measurement methods using data converters and their applications
EMRE ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. TÜRKER KÜYEL