Kadir Özden, Ahmet Özer, Okan Mert Yücedağ, Hasan Koçer

METAMALZEME TABANLI GENİŞ BANT IŞIMA EMİCİ YAPILAR KULLANILARAK RADAR KESİT ALANININ AZALTILMASI

Metamalzemeler, bilinen doğal malzemelerin aksine farklı elektromanyetik özellikler gösteren yapay malzemelerdir. Son yıllarda keşfedilen özelliklerinden bir tanesi de gelen elektromanyetik dalgaya karşı mükemmel emilim göstermeleridir. Bu özellikleri sayesinde uzaktan algılama sistemlerine karşı mikrodalga bandından optik banda kadar görünmezlik uygulamalarında kullanılabilecekleri değerlendirilmektedir. Buna göre bir platformun metamalzeme ile kaplanması, o platformun radarda görünürlüğünü temsil eden radar kesit alanı (RKA) değerini azaltabilecektir. Bu çalışmada radarların yoğun olarak çalıştığı X bant (8-12 GHz) frekans bölgesinde etkili, geniş bant metamalzeme ışıma emici yapının tasarım, optimizasyon, fabrikasyon ve ölçümü incelenmiştir. Geniş bantta emilimi elde edebilmek için öncelikle iki farklı frekansta rezonans gösteren metamalzeme tasarlanmış ve daha sonra bu metamalzemeye ilişkin birim hücrenin ölçeklenebilirlik özelliği kullanılarak X bandında farklı frekanslarda rezonans etki gösteren 16 adet birim hücreden oluşan süper hücre yapısına geçilmiştir. Bu birim hücrelerin, ölçekleme faktörünün ve süper hücre içerisindeki yerleşim yerlerinin optimizasyonu neticesinde 8.7 - 11.4 GHz frekans aralığında geniş bantta emilim sağlayan metamalzeme tabanlı ışıma emici yapı tasarlanmıştır. Simülasyon ve deney sonuçlarının birbirleri ile uyumlu olduğu gözlemlenmiştir. Tasarımı gerçeklenen metamalzeme emici yapının, aynı boyutlardaki iletken yapıya göre atış kontrol ve keşif gözetleme radarlarının yoğun olarak çalıştığı frekans aralığında, radar kesit alanını en az 10 dB seviyesinde azalttığı nümerik ve deneysel sonuçlarla gösterilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Görünmezlik teknolojileri, radar kesit alanı azaltımı; metamalzemeler; süper hücre tasarımı; geniş bant emici yapılar; kaplama.

PDF

___

Skolnik, M. I., Introduction to Radar Systems (3rd ed.)., McGraw-Hill, New York, 2001.
Barrick, D. E.,Stuart, W. D. ve Krichbaum, C. K., Radar Cross Section Handbook, Cilt 1, Plenumpress, New York, 1970.
Knott, E.,Shaeffer, J. ve Tuley, M., Radar Cross Section (2nd ed.), MA: Artech House, Boston, 1993.
Saville, P., Review of Radar Absorbing Materials, Tech. Rep., Defence Research and Development Atlantic Dartmouth, Canada, 2005.
Munk, B. A., Frequency Selective Surfaces, John Wiley & Sons , New York, 2000.
Emerson, W. H,“Electromagnetic Wave Absorbers and Anechoic Chambers Through the Years”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Cilt AP-21, 484-490, 1973.
Landy, N. I.,Sajuyigbe, S., Mock, J. J., Smith, D. R. ve Padilla, W. J., “Perfect Metamaterial Absorber”, Physical Review Letters, Cilt 100, No 20, 207402, 2008.
Culhaoglu, A. E., Osipov, A. V. ve Russer, P., “Mono-and Bistatic Scattering Reduction by a Metamaterial Low Reflection Coating”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Cilt 61, No 1, 462-466,2013.
Yang, H., Cao, X. Y., Gao, J., Li, W., Yuan, Z. ve Shang, K.,“Low RCS Metamaterial Absorber and Extending Bandwidth Based on Electromagnetic Resonances”, Progress In Electromagnetics Research M, Cilt 33, 31-44, 2013.
Pendry, J. B., “Negative Refraction Makes a Perfect Lens”, Physical Review Letters, Cilt 85, No 18, 3966, 2000.
Schurig, D., Mock, J. J., Justice, B. J., Cummer, S. A., Pendry, J. B., Starr, A. F. ve Smith, D. R., “Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies”, Science, Cilt 314, No 5801, 977-980, 2006.
Si, L. M. ve Lv, X., “CPW-FED Multi-band Omni-directional Planar Microstrip Antenna Using Composite Metamaterial Resonators for Wireless Communications”, Progress In Electromagnetics Research, Cilt 83, 133-146, 2008.
Bayatpur, F. ve Sarabandi, K.,“A Tunable Metamaterial Frequency-selective Surface with Variable Modes of Operation”, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Cilt 57, No 6, 1433-1438, 2009.
Veselago, V. G.,“The Electrodynamics of Substances with Simultaneously Negative Valuesof ɛ and μ”, Physics-Uspekhi, Cilt 10, No 4, 509-514, 1968.
Shelby, R. A., Smith, D. R. ve Schultz, S., “Experimental Verification of a Negative Index of Refraction”, Science, Cilt 292, No 5514, 77-79, 2001.
Tao, H., Landy, N. I., Bingham, C. M., Zhang, X., Averitt, R. D. ve Padilla, W. J., “A Metamaterial Absorber for the Terahertz Regime: Design, Fabrication and Characterization”, Optics Express, Cilt 16, No 10, 7181-7188, 2008.
Avitzour, Y.,Urzhumov, Y. A. ve Shvets, G., “Wide-angle Infrared Absorber Based on a Negative-index Plasmonic Metamaterial”, Physical Review B, Cilt 79, No 4, 045131,2009.
Li, M.,Yang, H. L., Hou, X. W., Tian, Y. ve Hou, D. Y., “Perfect Metamaterial Absorber with Dual Bands”, Progress In Electromagnetics Research, Cilt 108, 37-49, 2010.
Lee, J. ve Lim, S.,“Bandwidth-enhanced and Polarisation-insensitive Metamaterial Absorber Using Double Resonance”, Electronics Letters, Cilt 47, No 1, 8-9, 2011.
Bian, B.,Liu, S., Wang, S., Kong, X., Zhang, H., Ma, B. ve Yang, H., “Novel Triple-band Polarization-insensitive Wide-angle Ultra-thin Microwave Metamaterial Absorber”, Journal of Applied Physics, Cilt 114, No 19, 194511, 2013.
Ding, F.,Cui, Y., Ge, X., Jin, Y. ve He, S., “Ultra-broadband Microwave MetamaterialAbsorber”, Applied Physics Letters, Cilt 100, No 10, 103506, 2012.
Gu, S., Su, B. ve Zhao, X., “PlanarIsotropic Broadband Metamaterial Absorber”, Journal of Applied Physics, Cilt 114, No 16, 163702, 2013.
Wang, B. X., Wang, L. L., Wang, G. Z., Huang, W. Q., Li, X. F.ve Zhai, X., “Theoretical Investigation of Broadband and Wide-angle Terahertz Metamaterial Absorber”, IEEE Photonics Technology Letters, Cilt 26, No 2, 111-114, 2014.
Soheilifar, M. R. ve Sadeghzadeh., R. A., “Design, Fabrication and Characterization of Stacked Layers Planar Broadband Metamaterial Absorber at Microwave Frequency”, International Journal of Electronics and Communications (AEU), Cilt 69, No 1, 126-132, 2015.
Özden K., Yücedağ, O. M. ve Koçer ,H., “Geometrical Parameter Investigation of Metamaterial Absorber for Space Based Remote Sensing Applications”, Uluslararası Katılımlı 7. Uzay Teknolojilerindeki Son Gelişmeler, İstanbul, 229-232, 16-19 Haziran 2015.
Özden, K., Yücedağ, O. M., Özer, A., Bayrak, H., Işık, H. ve Koçer, H., “Thermal Imaging of RF Induced Heat Loss in a Microwave Metamaterial Absorber”, Progress in Electromagnetics Research Symposium, Prag, Çek Cumhuriyeti, 793-796, 6-9 Temmuz 2015.