Optically transparent metamaterial RF absorbers
Optik geçirgenliği yüksek mikrodalga metamalzeme tabanlı soğurucular
- Tez No: 828190
- Danışmanlar: PROF. DR. VAKUR BEHÇET ERTÜRK, PROF. DR. HİLMİ VOLKAN DEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Metamalzeme alanındaki yenilikler, düz mikrodalga soğuruculara geniş bantta soğurma, düşük kalınlık (çalışma frekansı bandındaki en büyük dalga boyu cinsinden) ve polarizasyondan bağımsızlık gibi yüksek performanslı mikrodalga soğurucular için zaruri olan özgün özellikler sağlamıştır. İlaveten, mikrodalga soğurucular için görünür bölgede yüksek optik geçirgenlik ve mekanik dayanıklılık gibi ek özellikler kazandırmak radar izi düşük pencere uygulamalarının önünü açmıştır. Ancak tüm bu kritik özelliklere tek bir tasarımda ulaşmak oldukça zordur. Bu tezde, bu zorluğu adreslemek üzere, optik geçirgenliği yüksek, geniş bantta ve polarizasyon açısından bağımsız, metamalzeme tabanlı çok ince (kalınlık = 0.079 λL; λL: en yüksek çalışan dalgaboyu) bir mikrodalga soğurucu önerilmiş, tasarlanmış ve ölçümlerle doğrulanmıştır. Tasarım, tamamı yüksek optik geçirgenlik sağlayan alt ve üst katman indium tin oxide (ITO) filmlerinin arasına sıkıştırılmış bir polymethyl methacrylate (PMMA) dielektrik katmanından oluşmaktadır. Alt ITO katmanı bir topraklama yüzeyi olarak davranmakta ve mikrodalga geçirgenliği yüksek oranda azaltmaktadır. Diğer taraftan, üst ITO filmi sahip olduğu özgün şekiller sayesinde belirli bir frekans bandı için mikrodalga yansımalarını mümkün olduğu kadar düşürmektedir. Bu ITO şekilleri özgün bir tasarım metodolojisi ile elde edilmiştir. Bu mikrodalga soğurucu tasarımlarına özgü bir üretim süreci geliştirilmiş ve prototipler üretilmiştir. Üretilen prototipin mikrodalga soğurma performansı deneysel olarak ölçülmüş ve simülasyonlar ile karşılaştırılmıştır. Deneysel sonuçlar, tasarlanan soğurucunun %90 ve üzeri soğurma değerlerini 4.4-11.2 GHz bandında ve %95 ve üzeri soğurma değerlerini 4.8-10.6 GHz aralığında sağladığını göstermektedir. Ayrıca, üretilen so˘gurucunun polarizasyon açısından bağımsız olduğu ve sayısal tahminleri doğrular nitelikte, %90 ve üzeri soğurma değerlerini 60°'ye kadar TM ve 40°'ye kadar TE polarizasyonları için koruduğu görülmüştür. Mikrodalga karakterizasyonu yanında görünür bölgedeki optik geçirgenliğin, test edilen soğurucular için ortalama %65 olduğu ölçülmüştür. Tüm bunlar, önerilen tek katman dielektrikten oluşan, optik geçirgenliği yüksek, geniş bant ve polarizasyon bağımsız mikrodalga soğurucuların sahip oldukları 0.079 λL rekor oransal kalınlık değeriyle radar izi düşük pencere uygulamalarında kullanılmak üzere mükemmel bir aday olabileceğini ortaya koymaktadır.
Özet (Çeviri)
Recent advances in metamaterials have allowed to impart unique properties to flat RF absorbers including broadband absorption, low thickness (in terms of the longest operating wavelength) and polarization insensitiveness, all essential to high-performance absorbers. For these RF absorbers, introducing additional properties of high optical transparency (in the visible range) and mechanical robustness opens up also stealth window applications. However, achieving all of these critical characteristics in a single design is a challenging task. In this thesis, to address this challenge, we propose and demonstrate an optically transparent, broadband, and polarization-insensitive RF absorbing metamaterial that is extremely thin (thickness = 0.079λL; λL: longest operating wavelength). Our design consists of a single dielectric layer of polymethyl methacrylate (PMMA) sandwiched between the top and bottom indium tin oxide (ITO) films, altogether providing high optical transmission. The bottom ITO film acts as a ground plane, which reduces the RF transmission significantly. On the other hand, the top ITO film adorns a unique pattern that minimizes the RF reflection across a particular frequency range. Here we obtained these customized ITO patterns using a novel design methodology. We developed the fabrication process specific to the proposed RF structure and fabricated their prototypes. To validate numerical simulation results, we measured experimentally the RF absorption of these fabricated prototypes. The experimental results show that the proof-of-concept absorbers achieve over 90% absorption between 4.4-11.2 GHz and over 95% absorption between 4.8-10.6 GHz. Furthermore, we found the fabricated absorbers to be insensitive to polarization angles and preserve 90% absorption for oblique incidence angles of 60° for TM and 40° for TE polarizations in agreement with the numerical predictions. Also, besides RF characterizations, we optically recorded the transmittance in the visible range to be 65% on average for the tested absorbers. These findings indicate that the proposed single-dielectric-layered architecture of optically transparent, broadband, polarization-insensitive RF absorbers, featuring a record relative thickness of 0.079λL, holds great promise for use in stealth window applications.
Benzer Tezler
- Optik saydam antenler
Optical transparent antennas
ÇAĞLAR KAYA
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ AKAOĞLU
- Optically modulated terahertz metamaterials using liquid crystals
Başlık çevirisi yok
MUHAMMED EMİN GÜLDÜREN
Doktora
İngilizce
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolThe University of Alabama in HuntsuillePROF. DR. DANIŞMAN YOK
- Mimetik bıyomoleküller kullanılarak metamalzeme yüzeyinin gelıştirilmesi ve meta-biyo-sensör hazırlanması
Developing metamaterial surface by mimatic biomolecules for creating meta-bio-sensor
BAŞAK GÜDÜLLÜOĞLU
Doktora
Türkçe
2019
BiyoteknolojiHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL HAKKI BOYACI
- The growth of vanadium dioxide thin films by magnetron sputtering technique and terahertz wave modulation characteristics
Mıknatıssal saçtırma yöntemi ile vanadyum dioksit ince film büyütülmesi ve terahertz dalga modülasyon karakteristikleri
BENGÜ ATA
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİ ÖZYÜZER
- Dielectric metasurfaces as passive radiative coolers, colorimetric refractive index sensors, color filters, and one-way perfect absorber/reflectors with transparent sidebands
Uzay aracı pasif radiatif soğutucu, kolorimetrik kırıcılık indisi sensörü, renk filtresi, ve komşu bantlarda geçirgen tek taraflı mükemmel soğurucu/ yansıtıcılar olarak dielektrik metayüzeyler
DENİZ UMUT YILDIRIM
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY