URSI-TÜRKĠYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
Polarizasyon Bağımsız FSS Metamalzeme Mükemmel Sinyal Emici
Furkan Dinçer, Muharrem Karaaslan, Emin Ünal, Oğuzhan Akgöl, Cumali Sabah*, Olcay Altıntaş
Mustafa Kemal Üniversitesi
Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümü
İskenderun, Hatay
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected],
[email protected]
*Orta Doğu Teknik Üniversitesi Kuzey Kıbrıs Kampüsü
Elektrik - Elektronik Mühendisliği Bölümü
Güzelyurt, KKTC
[email protected]
Özet: Bu çalışmada THz frekans aralığında çalışan yeni mükemmel emilim sağlayabilen frekans seçici yüzey
(FSS) metamalzeme sinyal emici numerik olarak analiz edilmiştir. Amaçlanan FSS, kolay fabrikasyon ve
konfigürasyona sahip olmakla birlikte amaçlanan modelin ölçüleri ayarlanarak istenilen frekans bölgesinde de
çalıştırılabilir. 0.83 THz rezonans frekansında 99.92 % oranında mükemmel emilim sağlanmıştır. Ek olarak,
farklı polarizasyon açı değerleri için de yapının sinyal emilim özelliği nümerik olarak incelenmiştir. Elde edilen
sonuçlar normal ve açılı sinyal durumunda yapının mükemmel emilim sağladığını göstermiştir. Amaçlanan FSS
sinyal emici ve onun varyasyonları savunma, haberleşme vb. bir çok alanda potansiyel uygulama alanına
sahiptir.
Abstract: In this study, the perfect metamaterial absorber (MA) based on frequency selective surface (FSS) is
numerically analyzed and investigated in THz frequency regime. The proposed FSS has simple configuration
and fabrication technique and also it can be easily tuned. Obtained results show that 99.92 % maxima
absorption at the resonance frequency of 0.83 THz. Also, the suggested MA is examined and analyzed under
different polarization angles. These numerical results show that the proposed MA provides perfect absorption
for all polarization angles. The suggested MA based on FSS and its myriad applications have many potential
application areas defense and communication and etc.
1. Giriş
Metamalzemeler (MTM); doğada bulunmayan, negatif kırılma gibi ayrıcalıklı ve egzotik elektromanyetik (EM)
özelliklere sahip periyodik yapıda tasarlanmış malzemelerdir. Bu malzemeler elektromanyetik pelerin, sensör,
sinyal emilimi [1] vb. çok sayıda potansiyel uygulama alanlarına sahiptir.
Bu çalışmada metamalzemelerin önemli uygulama alanlarından biri olan metamalzemeli sinyal emiciler detaylı
olarak ele alınmıştır. MTM’li sinyal emici konsepti deneysel olarak 2006’da Bilotti ve ark. tarafından
sunulmuştur. Dolayısıyla, MTM’li sinyal emici konsepti hala yeni bir konu olmaktadır. Son yıllarda sinyal emici
ile ilgili de çok sayıda çalışma yapılmıştır [1-6]. Literatürdeki MTM sinyal emici çalışmaları tarandığında
çalışmaların önemli bir bölümünün son yıllarda yapıldığı görülecektir. Çünkü MTM’ler ile sinyal emici
yapılarına esneklik, verimlilik ve daha yüksek kazanç özellikleri entegre edilebilmiştir. Özellikle son yıllarda
metamalzeme sinyal emici çalışmaları sunmuş olduğu esneklik ve mükemmel emilimden ötürü büyük önem
kazanmıştır. Esnek yapıya sahip, çok bantlı ve mükemmel sinyal emici için çeşitli araştırmalar yapılmaya devam
edilmektedir.
2. Teorik Analiz
Emilim, A(ω)=1− () −() formülü ile hesaplanabilir. Burada (), R(ω) ve T(ω) sırasıyla emilim,
yansıma ve iletim katsayılarını ifade etmektedir. Rezonans frekansında empedans eşleşmesi durumunda
genellikle ()’nın maksimum, () = |11 |2 ve () = |12 |2 değerlerinin ise minimum olması beklenir.
Metamalzeme sinyal emilimi çalışmalarında metamalzemenin arka plakasının metal ile kaplı olmasından dolayı
URSI-TÜRKĠYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
malzeme iletim yapmayacaktır. Bundan dolayı, emilim değeri için iletim ihmal edilerek ()=1−() şeklinde
yazılabilir. Zaten emilim çalışmalarının da ana amacı yansıma değerinin neredeyse sıfıra indirerek mükemmel
emilim elde etmektir. Hava ile empedans eşleşmesinden dolayı etkin dielektrik, (), ve manyetik geçirgenlik,
(), aynı veya benzer değere sahip olduğunda yansıma sıfıra yakın bir değere azaltılabilir. Dolayısıyla () ve
() değerleri istenilen bir şekilde ayarlandığında her iki gelen elektrik ve manyetik alanın emilmesi mümkün
olabilir. Bu makroskobik parametreler yüksek emilim elde etmek için yönlendirilebilir. Rezonans durumu için
efektif empedans değeri,  = µ()/() = 1+2, boş uzay empedansı, ()=0()=120 ohm, ile eşleşir
ve böylece yansıma minimize edilir. Böylece mükemmel emilim elde edilir.
3. Tasarım
Şekil 1. Amaçlanan THz FSS metamalzeme, 1=340 ,2=70 ,3=240 ,4=60 
THz frekans bölgesinde çalışan yapı için metal olarak gümüş seçilmiş olup 6.3107 / iletkenlik ve 1 
kalınlık değerine sahiptir. Dielektrik malzemesi olarak da Quartz (Fused) kullanılmış olup 100  kalınlık,
0.0004 kayıp tanjant değeri, 3.75 dielektrik geçirgenlik değeri ve 1 manyetik geçirgenlik değerine sahiptir. Şekil
1’de yapıya ait ölçü değerleri sunulmuştur.
4. Nümerik Çalışmalar ve Sonuçlar
Nümerik sonuçlar amaçlanan metamalzeme sinyal emici performansının gösterilmesi için değerlendirilmiş ve
doğrulanmıştır. Nümerik yansıma ve emilim sonuçları Şekil 2(a)’de sunulmuştur. Şekilden de anlaşılacağı üzere
0.83  rezonans frekansında 99.92 % oranında mükemmel emilim sağlanmıştır. Buna bağlı olarak yansıma
değeri de 0.02 olarak elde edilmiştir. Şekilden de anlaşılacağı üzere amaçlanan yapı rezonans frekansında
mükemmel emilim sağlamıştır.
İkinci araştırma olarak, amaçlanan FSS metamalzeme sinyal emici yapısının polarizasyon açı bağımlılıkları
ayrıntılı olarak incelenmiştir (Şekil 2(b)). Elde edilen sonuçlardan da görüleceği üzere yapı tüm polarizasyon açı
değerlerinde mükemmel emilim sağlamıştır. En düşük emilim değeri 1200 polarizasyon açısında 0.83 
rezonans frekans değerinde 97.14 % olarak elde edilirken, en yüksek emilim değeri de 600 polarizasyon açısı
için 0.88  rezonans frekans değerinde 99.98 % oranında elde edilmiştir. Polarizasyon açı değişimi şekilden
de anlaşılacağı üzere rezonans frekansında kayma da meydana getirmiştir. Bu durum yapının tasarım
özelliğinden kaynaklanmaktadır.
Şekil 2. Amaçlanan mikrodalga FSS metamalzeme yapısı, a) nümerik yansıma ve emilim değerleri, (b) farklı
polarizasyon açıları için nümerik emilim performansı değerleri
URSI-TÜRKĠYE’2014 VII. Bilimsel Kongresi, 28-30 Ağustos 2014, ELAZIĞ
5. Tartışma ve Sonuç
Sonuç olarak, THz frekans bölgesinde çalışan FSS metamalzeme sinyal emici tasarlanmış ve gerçekleştirilmiştir.
Amaçlanan bu model mükemmel emilim göstermekte ve istenildiğinde ölçüleri ayarlanarak istenilen frekans
bölgelerinde de çalışabilmektedir. Elde edilen sonuçlara göre ayrıca amaçlanan yapı polarizasyon açısından
bağımsız olarak da mükemmel emilim gerçekleştirebilmektedir. Polarizasyon açısı ile meydana gelen bazı
değişimler polarizasyon durumundan kaynaklanıyor olmakla beraber tasarımın asimetrik olmasından da
oluşmaktadır. Ek olarak, sunulan çalışma sağlık, sensör vb. birçok uygulama alanı için önemli potansiyel teşkil
etmektedir.
Kaynaklar
[1]. Dincer, F., Karaaslan, M., Unal, E., Sabah, C., 2013b. Dual-band polarization independent metamaterial
absorber based on omega resoanator and octa-star strip configuration, Progress In Electromagnetics Research,
141, 219-231.
[2]. Lee, J., Lim, S., 2011. Bandwidth-enhanced and polarization-insensitive metamaterial absorber using double
resonance. Electronics Letters, 47:8-9.
[3]. Wang, B., Koschny, T., Soukoulis, C. M., 2009a. Wide-angle and polarization-independent chiral
metamaterial absorber. Physical Review B. 80: 033108-4.
[4]. Zhu, B., Wang, Z., Huang, C., Feng, Y., Zhao, J., Jiang, T., 2010a. Polarization Insensitive Metamaterial
Absorber With Wide Incident Angle. Progress In Electromagnetics Research. 101: 231-239.
[5]. Landy, N. I., Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R., Padilla, W. J., 2008. A Perfect Metamaterial Absorber,
Phys. Rev. Lett., 100:207402-4.
[6]. Park, J. W., Tuong, P. V., Rhee, J. Y., Kim, K. W., Jang, W. H., Choi, E. H., Chen, L. Y., Lee, Y. P., 2013.
Multi-band metamaterial absorber based on the arrangement of donut-type resonators. Optics Express. 21: 96919702.
Download