Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması

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, üretim 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.

Reduction of radar cross section using metamaterial based broadband absorbers

Metamaterials are artificial structures which exhibit different electromagnetic properties contrary to the known materials. One of the features discovered in recent years is performing perfect absorption against the incident electromagnetic wave. Metamaterial absorbers with this property can be used in stealth technology against remote sensing applications over a significant range of electromagnetic spectrum from microwave to optics. According to this, radar cross section of relevant targets representing the visibility in radar can be reduced by coating target with metamaterial absorber. In this paper; design, simulation and measurements of a novel X band metamaterial broadband absorber are investigated. Primarily, a dual band metamaterial absorber is obtained and then, depending on superposition of the different neighboring resonant frequencies of the differently sized unit cells, a super cell of metamaterial absorber has been demonstrated at X band. Due to the optimization of size and location of unit cell, a broadband metamaterial absorber is designed in the frequency range of 8.7 to 11.4 GHz. It is observed that the simulation results are in good agreement with the measurements. At least a 10 dB radar cross section reduction of the metamaterial absorber compared with a fully metallic plate with comparable dimensions is demonstrated both numerically and experimentally in the frequency range of fire control and surveillance radars.

___

  • Skolnik M.I., Introduction to Radar Systems (3rd ed.), McGraw-Hill, New York, 2001.
  • Barrick D.E., Stuart W.D., Krichbaum C.K., Radar Cross Section Handbook, Plenumpress, New York, 1970.
  • Knott E., Shaeffer J., 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.
  • Aktas G., Aktas A., Guru M., Effect of Paint Properties on Radar Absorption Capacity, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (1), 87-93, 2016.
  • 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, 21, 484- 490, 1973.
  • Landy N.I.,Sajuyigbe S., Mock J.J., Smith D.R., Padilla WJ., Perfect Metamaterial Absorber, Physical Review Letters, 100 (20), 207402, 2008.
  • Culhaoglu A.E., Osipov A.V., Russer P., Mono-and Bistatic Scattering Reduction by a Metamaterial Low Reflection Coating, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 61 (1), 462-466, 2013.
  • Yang H., Cao X.Y., Gao J., Li W., Yuan Z., Shang K., Low RCS Metamaterial Absorber and Extending Bandwidth Based on Electromagnetic Resonances, Progress in Electromagnetics Research M, 33, 31-44, 2013.
  • Pendry J.B., Negative Refraction Makes a Perfect Lens, Physical Review Letters, 85 (18), 3966, 2000.
  • Schurig D., Mock J.J., Justice B.J., Cummer S.A., Pendry J.B., Starr A.F., Smith D.R., Metamaterial Electromagnetic Cloak at Microwave Frequencies, Science, 314 (5801), 977-980, 2006.
  • Si L.M., Lv X., CPW-FED Multi-band Omnidirectional Planar Microstrip Antenna Using Composite Metamaterial Resonators for Wireless Communications, Progress in Electromagnetics Research, 83, 133-146, 2008
  • Bayatpur F., Sarabandi K., A Tunable Metamaterial Frequency-selective Surface with Variable Modes of Operation, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 57 (6), 1433-1438, 2009.
  • Veselago V.G., The Electrodynamics of Substances with Simultaneously Negative Valuesof ? and ?, Physics-Uspekhi, 10 (4), 509-514, 1968.
  • Shelby R.A., Smith D.R., Schultz S., Experimental Verification of a Negative Index of Refraction, Science, 292 (5514), 77-79, 2001.
  • Tao H., Landy N.I., Bingham C.M., Zhang X., Averitt R.D., Padilla W.J., A Metamaterial Absorber for the Terahertz Regime: Design, Fabrication and Characterization, Optics Express, 16 (10), 7181-7188, 2008.
  • Avitzour Y., Urzhumov Y.A., Shvets G., Wide-angle Infrared Absorber Based on a Negative-index Plasmonic Metamaterial, Physical Review B, 79 (4), 045131, 2009.
  • Li M.,Yang H.L., Hou X.W., Tian Y., Hou D.Y., Perfect Metamaterial Absorber with Dual Bands, Progress In Electromagnetics Research, 108, 37-49, 2010.
  • Lee J., Lim S., Bandwidth-enhanced and Polarisation- insensitive Metamaterial Absorber Using Double Resonance, Electronics Letters, 47 (1), 8-9, 2011.
  • Bian B., Liu S., Wang S., Kong X., Zhang H., Ma B., Yang H., Novel Triple-band Polarization-insensitive Wide-angle Ultra-thin Microwave Metamaterial Absorber, Journal of Applied Physics, 114 (19), 194511, 2013.
  • Ding F., Cui Y., Ge X., Jin Y., He S., Ultra-broadband Microwave Metamaterial Absorber, Applied Physics Letters, 100 (10), 103506, 2012.
  • Gu S., Su B., Zhao X., PlanarbIsotropic Broadband Metamaterial Absorber, Journal of Applied Physics, 114 (16), 163702, 2013.
  • Wang B.X., Wang L.L., Wang G.Z., Huang W.Q., Li X.F., Zhai X., Theoretical Investigation of Broadband and Wide-angle Terahertz Metamaterial Absorber, IEEE Photonics Technology Letters, 26 (2), 111-114, 2014.
  • Soheilifar M.R., Sadeghzadeh R.A., Design, Fabrication and Characterization of Stacked Layers Planar Broadband Metamaterial Absorber at Microwave Frequency, International Journal of Electronics and Communications (AEU), 69 (1), 126- 132, 2015.
  • Özden K., Yücedağ O.M., Koçer H., Geometrical Parameter Investigation of Metamaterial Absorber for Space Based Remote Sensing Applications, Uluslararası Katılımlı 7. Uzay Teknolojilerindeki Son Gelişmeler, İstanbul-Türkiye, 229-232, 16-19 Haziran 2015.
  • Özden K., Yücedağ O.M., Özer A., Bayrak H., Işık H., 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.
  • Hartley R., Base Materials for High Speed, High frequency PC Boards, Conference Proceedings, PCB&A West, Mart 2002.
  • Singh P.K., Mutzel C., MacNaughton S., Sonkusale S., In-situ Large Area Fabrication of Metamaterials on Arbitrary Substrates Using Paint Process, Progress in Electromagnetics Research, 141, 117-133, 2013.
Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi-Cover
  • ISSN: 1300-1884
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1986
  • Yayıncı: Oğuzhan YILMAZ
Sayıdaki Diğer Makaleler

ELEKTROKOAGÜLASYON REAKTÖRÜNDE BULANIK KONTROL METODU İLE PH, İLETKENLİK VE SICAKLIĞIN EŞ ZAMANLI KONTROLÜ

Ayla Altınten, Yavuz Demirci, Lütfiye Canan Pekel, Mustafa Alpbaz

Lojistik firma web sitelerinin performanslarının çok kriterli değerlendirilmesi

Gülçin BÜYÜKÖZKAN, Sezin GÜLERYÜZ

Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması

Ahmet ÖZER, Kadir ÖZDEN, Okan Mert YÜCEDAĞ, Hasan KOÇER

AKI BARİYERLİ TLA TİPİ SENKRON RELÜKTANS MOTOR TASARIMI VE OPTİMİZASYONU

Yusuf ÖNER, Metin ERSÖZ, Okan BİNGÖL

Saccharomyces cerevisiae ile Remazol Sarı (RR) boyasının kesikli sistemde biyosorpsiyonu

Mübeccel ERGUN, Ayşe TOSUN, Fatma ERDEM

SES YALITIMINDA SES AZALTIM İNDİSİ (R) MODELLERİNİN KARŞILAŞTIRMALI OLARAK İNCELENMESİ

Ceyhun AKSOYLU, Engin MENDİ, Arda SÖYLEV

LOJİSTİK FİRMA WEB SİTELERİNİN PERFORMANSLARININ ÇOK KRİTERLİ DEĞERLENDİRİLMESİ

Gülçin BÜYÜKÖZKAN, Sezin GÜLERYÜZ

Buhar sıkıştırmalı bir soğutma sisteminde R22 yerine N20 ve R444B soğutucu akışkanlarını kullanmanın termodinamik performansa etkisi

Atilla Gencer DEVECİOĞLU, Vedat ORUÇ

BETA TİPİ RHOMBİC HAREKET MEKANİZMALI BİR STİRLİNG MOTORUNUN TASARIMI VE PERFORMANS TESTLERİ

Fatih AKSOY, Halit KARABULUT, Can ÇINAR, Hamit SOLMAZ, Yaşar Önder ÖZGÖREN, Muhammed ARSLAN

Girdap vanesinden geçen akışın PIV yöntemi ile incelenmesi

Onur TUNÇER, Selin KAHRAMAN, Bertan KAYNAROĞLU