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

KOÇER, Hasan; YÜCEDAĞ, Okan Mert; ÖZDEN, Kadir; OZER, AHMET

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

Kadir ÖZDEN, (Kara Harp Okulu, Savunma Bilimleri Enstitüsü, Ankara, Türkiye)

Ahmet ÖZER, (Kara Harp Okulu, Dekanlık, Elektronik Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Okan Mert YÜCEDAĞ, (TÜBİTAK, Bilişim ve Bilgi Güvenliği İleri Teknolojiler Araştırma Merkezi, Kocaeli, Türkiye)

Hasan KOÇER (Kara Harp Okulu, Dekanlık, Elektronik Mühendisliği Bölümü, Ankara, Türkiye)

Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi

13 2

Yıl: 2016 Cilt: 31 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 1105 - 1112 Metin Dili: Türkçe İndeks Tarihi: 29-07-2022

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

Öz:

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.

Anahtar Kelime:

Reduction of radar cross section using metamaterial based broadband absorbers

Öz:

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.

Anahtar Kelime:

Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık

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.

APA	ÖZDEN K, OZER A, YÜCEDAĞ O, KOÇER H (2016). Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. , 1105 - 1112.
Chicago	ÖZDEN Kadir,OZER AHMET,YÜCEDAĞ Okan Mert,KOÇER Hasan Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. (2016): 1105 - 1112.
MLA	ÖZDEN Kadir,OZER AHMET,YÜCEDAĞ Okan Mert,KOÇER Hasan Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. , 2016, ss.1105 - 1112.
AMA	ÖZDEN K,OZER A,YÜCEDAĞ O,KOÇER H Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. . 2016; 1105 - 1112.
Vancouver	ÖZDEN K,OZER A,YÜCEDAĞ O,KOÇER H Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. . 2016; 1105 - 1112.
IEEE	ÖZDEN K,OZER A,YÜCEDAĞ O,KOÇER H "Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması." , ss.1105 - 1112, 2016.
ISNAD	ÖZDEN, Kadir vd. "Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması". (2016), 1105-1112.

APA	ÖZDEN K, OZER A, YÜCEDAĞ O, KOÇER H (2016). Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31(4), 1105 - 1112.
Chicago	ÖZDEN Kadir,OZER AHMET,YÜCEDAĞ Okan Mert,KOÇER Hasan Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 31, no.4 (2016): 1105 - 1112.
MLA	ÖZDEN Kadir,OZER AHMET,YÜCEDAĞ Okan Mert,KOÇER Hasan Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.31, no.4, 2016, ss.1105 - 1112.
AMA	ÖZDEN K,OZER A,YÜCEDAĞ O,KOÇER H Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2016; 31(4): 1105 - 1112.
Vancouver	ÖZDEN K,OZER A,YÜCEDAĞ O,KOÇER H Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2016; 31(4): 1105 - 1112.
IEEE	ÖZDEN K,OZER A,YÜCEDAĞ O,KOÇER H "Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 31, ss.1105 - 1112, 2016.
ISNAD	ÖZDEN, Kadir vd. "Metamalzeme tabanlı geniş bant ışıma emici yapılar kullanılarak radar kesit alanının azaltılması". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 31/4 (2016), 1105-1112.