Fraktal anten parametrelerinin metamalzemeler yardımıyla iyileştirilmesi

Metamalzemeler (MTM) doğada bulunmayan, yapay olarak istenilen amaca uygun bir şekilde tasarlanan ve üretilebilen malzemelerdir. Son yıllarda, gizleme (Shelby, Smith, & Schultz, 2001), süper lensler (Pendry, Schurig, & Smith, 2006), antenler (Fang, Lee, Sun, & Zhang, 2005), emici (Bakir, ve diğerleri, 2018;Akgol, ve diğerleri, 2017;Bakır, Karaaslan, Unal, Akgol, & Sabah, 2017)ve sensörler (Altintas, Aksoy, Unal, Karakasli, & Karaaslan, 2018;Akgol, Karaaslan, Unal, & Sabah, 2017) gibi farklı MTM uygulama alanları üzerine yapılan çalışmalar önemli ölçüde artmıştır. Anten boyutlarının küçültülmesi ve performansının iyileştirilmesi metamalzemelerin anten uygulamalarından bazılarıdır. Geleneksel antenlere göre daha avantajlı oldukları için anten olarak bu çalışmada Fraktal antenler tercih edilmiştir. Bu tez çalışmasında Sonlu İntegrasyon Tekniği temelli bir simülasyon programı kullanılmıştır. Simülasyon programı yardımıyla aralarındaki oran sabiti 0,65 olan dairesel şekillerden oluşan fraktal anten tasarlanmış ve boyutları optimize edilmiştir. Bu çalışmada eşkenar dörtgen ve eliptik olmak üzere 2 farklı MTM yapısı tasarlanmıştır. Birinci tasarımda, eşkenar dörtgen yamadan oluşan birim hücreler 2x4 dizi şeklinde FR4 üzerine yerleştirilmiştir. Her yapının toplam boyutu 38x38 mm'dir. İkinci tasarımda eşkenar dörtgen yama yerine hücre boyutları aynı olan eliptik şekiller yerleştirilmiştir. İki MTM yapısının simülasyon sonucunda elde edilen (yansıma) S11 ve (iletim) S21 parametre değerleri kullanılarak yapının etkin dielektrik sabiti(ε), etkin manyetik geçirgenliği(μ) ve kırılma indisi (n) değerleri hesaplanmış ve çalışma frekansında bu değerlerin negatif olduğu görülmüştür. 2x4 birim hücreden oluşan farklı sayıda MTM yapı anten üzerine 90 derece açıyla yerleştirilmiş ve bu yapıların antenin S11 değeri, yönlülüğü ve kazancı üzerine etkileri araştırılmıştır. Fraktal antenin 2 ve 3 boyutlu ışıma eğrileri de ayrıca incelenmiştir. Anten ve MTM yapılarının üretimi laboratuvarda yapılmış ve ölçümler PNA L N5234A Network Analizör kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, nümerik ve deneysel sonuçlar birbirleri ile literatür sonuçları dikkate alınarak karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar simülasyon sonuçlarının ve deneysel sonuçların birbiri ile uyum içerisinde olduğunu göstermektedir. Ayrıca, MTM yapılarının antenin yönlülüğünü, kazancını, verimini, bant genişliğini arttırdığı, S11 değerini ve ışıma açı genişliğini azalttığı gözlemlenmiştir.