Mikrodalga uygulamaları için yörünge açısal momentum taşıyan girdap ışınlarının oluşturulması
Generation of orbital angular momentum votex beam for microwave applications
- Tez No: 984247
- Danışmanlar: PROF. DR. ERTUĞRUL AKSOY
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Anten dizileri, Dönen kirişler, Gauss ışınları, Mikrodalga frekans, Antenna arrays, Rotating beams, Gaussian beam, microwave frequence
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gazi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, X-bandı frekans aralığında (8–12 GHz) yüksek kazançlı orbital açısal momentum (OAM) ışınları üretebilen kompakt ve polarizasyondan bağımsız bir yansıtıcı metayüzeyin tasarımını ve kapsamlı analizini sunmaktadır. Önerilen metayüzey, vida (pseudo-screw) biçiminde şekillendirilmiş ve alt dalgaboyu boyutlarında tasarlanmış meta-atomlardan oluşan bir dizilimden meydana gelmektedir. Bu özel olarak optimize edilen elemanlar, 10 GHz civarındaki tasarım frekansında yansıtıcı anten işlevselliği için gerekli faz kaymalarını sağlamaktadır.Hem teorik modellemeler hem de ayrıntılı tam dalga elektromanyetik simülasyonlar sonucunda, metayüzeyin 1, 2, 3 ve 4 topolojik yüklerine sahip OAM modlarını taşıyan girdap ışınlarını etkin biçimde üretebildiği doğrulanmıştır. Bu bulgu, yapının hedef frekansta çok modlu OAM üretme kapasitesini ortaya koymaktadır. Ayrıca, frekans esnekliği ve kararlılığı değerlendirmek amacıyla, birinci dereceden OAM ışını üretimi X-bandı boyunca incelenmiş ve yapının %40 genişliğinde bir OAM operasyonel bandına, %27,5 genişliğinde ise 1,5 dB kazanç bandına sahip olduğu gösterilmiştir. Tasarım frekansı olan 10 GHz'de elde edilen yaklaşık %14,35 yansıma verimliliği, yapının pratik uygulamalara yönelik potansiyelini desteklemektedir.Çalışmada ayrıca yansıtıcı anten optiği bağlamında sayısal açıklık (numerical aperture) kavramı tanımlanmış ve merkezden beslemeli antenin farklı konumları için analitik olarak hesaplanmıştır. Bu analiz, sistemin odaklama ve ışın şekillendirme yeteneklerine ilişkin ek bilgiler sağlamaktadır.Düşük profilli mimarisi, geniş bantlı yanıtı ve aynı anda birden fazla OAM modunu destekleyebilme özelliği sayesinde, önerilen yansıtıcı metayüzey yapısı yeni nesil mikrodalga sistemleri için umut vadeden bir çözüm olarak öne çıkmaktadır. Potansiyel uygulama alanları arasında yüksek çözünürlüklü radar görüntüleme, gelişmiş hedef tespit sistemleri ve OAM çeşitliliğine dayalı uzamsal çoğullama sayesinde yüksek kapasiteli kablosuz iletişim yer almaktadır.
Özet (Çeviri)
This study introduces the design and comprehensive analysis of a compact, polarization-independent reflective metasurface engineered to generate high-gain orbital angular momentum (OAM) beams over a broad frequency spectrum within the X-band (8–12 GHz). The proposed metasurface consists of an array of subwavelength meta-atoms shaped in a pseudo-screw configuration. These specially designed elements are dimensionally optimized to impart the necessary phase shifts required for reflectarray antenna functionality, specifically centered around 10 GHz. Through both theoretical modeling and rigorous full-wave electromagnetic simulations, the metasurface is demonstrated to effectively produce vortex beams that carry OAM modes with topological charges of ±1, ±2, ±3, and ±4. This confirms the metasurface's capability for multi-mode OAM generation at the target frequency. To assess its frequency agility and operational robustness, the structure is further evaluated for first-order OAM beam formation across the entire X-band. The results reveal a wide OAM operating bandwidth of 40%, alongside a 1,5-dB gain bandwidth of 27,5%, underscoring the design's efficiency over a substantial frequency range. At the design frequency of 10 GHz, the reflectarray achieves a reflection efficiency of approximately 14,35%, which validates its potential for practical applications. Moreover, the concept of numerical aperture is introduced in the context of reflectarray optics and is analytically calculated for various positions of the center-fed illuminating antenna. This provides additional insight into the focusing and beam-forming characteristics of the system under different feed conditions. With its low-profile architecture, broadband response, and ability to simultaneously support multiple OAM modes, the proposed metasurface-based reflectarray emerges as a promising solution for next-generation microwave systems. Potential applications include high-resolution radar imaging, advanced target detection schemes, and high-capacity wireless communications utilizing spatial multiplexing enabled by OAM diversity.
Benzer Tezler
- Investigating magnetic properties of dot/antidot structures in magnetic thin films for microwave device applications
Manyetik ince filmlerdeki nokta/boşluk yapıların manyetik özelliklerinin mikrodalga cihaz uygulamaları için incelenmesi
ZEYNEP REYHAN ÖZTÜRK
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET LEVENT KURNAZ
PROF. DR. FİKRET YILDIZ
- Effect of digital elevation model accuracy on the geolocation accuracy of orthorectified sentinel-1 imagery
Ortorektifiye edilmiş sentinel-1 görüntülerinin konumsal doğruluğuna dijital yükseklik modeli doğruluğunun etkisi
SENA OĞUZHANOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Jeodezi ve Fotogrametriİstanbul Teknik ÜniversitesiGeomatik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYŞE FİLİZ SUNAR
- A novel liquid level sensor design using laser optics technology
Lazer optik teknolojisi ile yeni bir sıvı seviye sensörü
MEHMET EMRE ERDEM
Doktora
İngilizce
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DOĞAN GÜNEŞ
- Effect of rare earth elements addition on magnetic properties of nickel-zinc ferrites
Nadir toprak elementleri ilavesinin nikel-çinko ferritlerin manyetik özelliklerine etkisi
KADİR BORA DEMİREL
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ NURİ SOLAK
- Uydularda güvenilirlik incelemesi ve haberleşme uydularının taktik saha iletişiminde kullanılması
Reliability in satellites and communication satellites usage in tachtical area
HÜSEYİN AKGÜN
Yüksek Lisans
Türkçe
2002
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SERHAT ŞEKER