ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ KOORDİNATÖRLÜĞÜNE Proje Türü : Araştırma Proje No : 11B4343004 Proje Yöneticisi : Doç. Dr. Asım Egemen YILMAZ Proje Konusu : Çift Periyodik Yapıların Analizi ve Tasarımı Yukarıda bilgileri yazılı olan projemin sonuç raporunun e-kütüphanede yayınlanmasını; İSTİYORUM İSTEMİYORUM /./2013 Doç. Dr. Asım Egemen YILMAZ Proje Yöneticisi
ANKARA ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJESİ SONUÇ RAPORU Proje Başlığı Çift Periyodik Yapıların Analizi ve Tasarımı Proje Yürütücüsünün İsmi Doç. Dr. Asım Egemen YILMAZ Yardımcı Araştırmacıların İsmi Araş. Gör. Ozan YURDUSEVEN Proje Numarası 11B4343004 Başlama Tarihi 02/05/2011 Bitiş Tarihi 02/05/2013 Rapor Tarihi / /2013 Ankara Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Ankara - 2013
I. Projenin Türkçe ve İngilizce Adı ve Özetleri Çift Periyodik Yapıların Analizi ve Tasarımı: Frekans Seçici Yüzey, Yapay Manyetik İletken, Metamalzeme vb. yapılar sivil ve askeri sektörlerde birçok uygulama alanı bulmaktadır. Her iki yönde periyodiklik gösteren bu düzlemsel yapıların tasarımı, çoğunlukla önceki deneyimlere dayalı ve deneme-yanılma tabanlı bir süreçtir. Sürecin zamansal ve parasal maliyetinin düşürülmesi için genellikle simülasyon-prototipleme-ölçümleme döngüsü içerisinde bir iş akışı uygulanmaktadır. Bu projede de amaç, literatürdeki öncü çalışmalardan yola çıkılarak ilgili yapıların incelenmesi, özgün bir takım yapıların da sözü edilen süreç dâhilinde tasarlanmasıdır. Analysis and Design of Double-Periodic Structures: Structures such as Frequency Selective Surfaces, Artificial Magnetic Conductors, Metamaterials, etc. find various applications in commercial and military sectors. The design of these planar structures with double-periodicity is usually a trial-and-error based process relying on past experiences. In order to decrease the monetary and temporal cost of this process, an iterative flow of simulation-prototypingmeasurement cycles is generally applied. In this project, the main aim is to investigate the relevant structures departing from the pioneering studies in the literature, and to design some novel structures via the aforementioned process. II. Amaç ve Kapsam III. IV. Daha önce de belirtildiği üzere projenin amacı, farklı periyodik yapıların Frekans Seçici Yüzey, Yapay Manyetik İletken, Metamalzeme vb. farklı amaçlarla kullanımını göstermek olup kapsam: - CST Microwave Studio ve Ansoft HFSS paket programları ile ilgili yapıların simülasyonu, - Umut vaat eden yapıların prototip üretimlerinin ardından Vektör Network Analizör Cihazı ile ölçümlemelerinin yapılması olarak özetlenebilir. Materyal ve Yöntem Proje kapsamında üzerinde çalışılan ve önerilen her tür Frekans Seçici Yüzey, Yapay Manyetik İletken, Metamalzeme vb. yapı öncelikle CST Microwave Studio ve Ansoft HFSS paket programlarında modellenerek simüle edilmiş; ilgili yapıların geri dönüş ve araya giriş kayıpları ilgili frekans bantlarında incelenerek yorumlanmıştır. İncelenen yapılardan performans bakımından umut vaat edenler ürettirilerek Vektör Network Analizör cihazı ile ölçümlenmiş, ölçüm sonuçları ile simülasyonlar karşılaştırılmıştır. Analiz ve Bulgular Proje kapsamında yapılan çalışmalardan elde edilen bulgular, 4 adet dergi makalesi, 5 adet de kongre bildirisi ile ulusal/uluslararası bilim dünyası ile paylaşılmıştır. Tablo 1 de söz konusu yayınların dağılımı görülmektedir.
Tablo 1. Proje kapsamında yapılan yayınların dağılımı Yayın Sayısı Ulusal Uluslararası Kongre Dergi Kongre Dergi - 3 adet ([4], [8] ve 4 adet ([2], [3], [5] ve [6]) [9]) 2 adet ([1] ve [7]) 3 ü de WoS CPCI da taranmaktadır. WoS CPCI: Web of Science Conference Proceedings Citation Index [2], [3] ve [5] numaralı yayınlar WoS SCI da taranmaktadır; [3] numaralı yayın SCI-Core da; [2] ve [5] numaralı yayınlar ise SCI-Expanded daki dergilerde yayınlanmıştır. [6] numaralı yayın ise, A.Ü. Senato Kararı nca Atama ve Yükseltme İlkeleri nde de kabul edilen Engineering Index te taranmaktadır. Çift Rezonanslı Yapı Tasarımı: Nisan 2011 dolaylarında, henüz proje başvurusu yapılırken ve bu kapsamda bir takım ön çalışmalar yapılırken, Üçgensel Halka üzerinde yarıklar açılarak bir rezonatör yapı elde edilmiş; çoklu (ikili) rezonans özelliği gösteren bu yapının parametrik analizleri gerçekleştirilmiştir. Bir başka deyişle, yapının (ve üzerinde açılan yarığın) geometrik özelliklerinin ve yapıyı oluşturan malzemelerin özelliklerinin, yapının karakteristiği üzerinde, CST Microwave Studio ve Ansoft HFSS yazılımları kullanılarak bir takım incelemeler yapılmıştır. Bunun sonucunda, bu tarz bir yapının tasarımı esnasında, hangi parametrenin ne şekilde seçilmesi gerektiği hakkında bir tasarım kılavuzu oluşturulmuştur. Söz konusu çalışmaların sonuçları, [1] de verilmiştir. Üç Rezonanslı Yapı Tasarımı: Mayıs Temmuz 2011 döneminde, üçlü rezonans özelliğine sahip, her bir birim hücresinde üçgensel ve yarıklı bir geometrinin bulunduğu bir yapı incelenmiştir. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Gönül TURHAN-SAYAN ile işbirliği içerisinde gerçekleştirilen bu çalışmada, daha önce [1] de, tarafımızdan önerilmiş ve yayımlanmış olan yapı üzerinde modifikasyonlar yapılmış; orijinalde iki rezonans frekansı olan yapıya, yeni çalışma kapsamında üçüncü bir rezonans frekansı daha eklenmiştir. Benzer şekilde, önerilen yeni yapının parametrik analizleri, Microwave Studio ve Ansoft HFSS yazılımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, bu tarz bir yapının tasarımı esnasında, hangi parametrenin ne şekilde seçilmesi gerektiği hakkında bir tasarım kılavuzu oluşturulmuştur. Bu çalışmaların sonuçları ise [2] de verilmiştir. Dört Rezonanslı Yapı Tasarımı: Ağustos Ekim 2011 döneminde, her bir birim hücresinde karesel (daha da genellemek gerekirse, dikdörtgensel) ve yarıklı bir geometrinin bulunduğu
bir yapı incelenmiştir. Bu çalışmada da Orta Doğu Teknik Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Gönül TURHAN-SAYAN ile işbirliği yapılmıştır. Çalışma kapsamında, daha önce G. Turhan-Sayan tarafından önerilmiş ve yayımlanmış olan karesel bir yapı üzerinde modifikasyonlar yapılmış; orijinalde üç rezonans frekansı olan yapıya, proje kapsamında dördüncü bir rezonans frekansı daha eklenmiştir. Yapılan modifikasyonların, sadece karesel/dikdörtgensel birim hücrede değil; aynı zamanda üçgensel ve dairesel yapılarda da dördüncü rezonans frekansı eklediği başarı ile gösterilmiştir. Aynı yaklaşımla, önerilen bütün yeni yapıların parametrik analizleri, Microwave Studio ve Ansoft HFSS yazılımları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Karesel/dikdörtgensel, üçgensel (eşkenar veya ikizkenar) ve dairesel/eliptik yapıların her biri için performans karşılaştırmaları gerçekleştirilmiş ve. Yine, bu tarz yapıların tasarımı esnasında, hangi parametrenin ne şekilde seçilmesi gerektiği hakkında bir tasarım kılavuzu oluşturulmuştur. Bu çalışmaların sonuçları ise [3] te verilmiştir. Beş Rezonanslı Yapı Tasarımı: Kasım 2011 Mart 2012 döneminde, daha önce [3] te tarafımızdan tanımlanmış olan dört rezonans frekanslı karesel yapı üzerinde fraktal vari bir geometri değişikliğinin etkileri incelenmiştir. Yine, Orta Doğu Teknik Üniversitesi Elektrik- Elektronik Mühendisliği Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Gönül TURHAN-SAYAN ile işbirliği ile gerçekleştirilen bu çalışma kapsamında, orijinalde dört rezonans frekansı olan yapıya, beşinci bir rezonans frekansı daha eklenmiştir. Yeni yapının parametrik analizleri, yine Microwave Studio ve Ansoft HFSS yazılımları kullanılarak gerçekleştirilmiş olup; tasarım esnasında hangi parametrenin ne şekilde seçilmesi gerektiği hakkında bir tasarım kılavuzu oluşturulmuştur. Bu çalışmaların sonuçları ise [4] te verilmiştir. Balıkçı Ağı Tipi Metamalzeme Tasarımı: Başlıca araştırmacının bölümümüz doktora öğrencilerinden Yusuf ÖZTÜRK olduğu, Bilkent Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği ve Fizik Bölümleri Öğretim Üyesi Prof. Dr. Ekmel ÖZBAY ile işbirliği yapılarak yürütülen Dairesel Balıkçı Ağı (Circular Fishnet) tarzı metamalzemelerin incelendiği çalışmalardır. Bu çalışmalarda, birim hücresinde dairesel yarıkların bulunduğu çift periyodik yapıların metamalzeme özellikleri incelenmiştir. Deneysel çalışmalar ve ölçümlemeler, şu ana değin yöneticiliğini Prof. Dr. Ekmel ÖZBAY ın yapmakta olduğu Bilkent Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (Nanotam) olanakları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmanın sonuçları [5] te sunulmuştur. Frekans Seçici Yüzey Tasarımı: Çift Periyodik Yapılar ile oluşturulabilecek bir diğer uygulama da aslen elektromanyetik filtreler olan Frekans Seçici Yüzey tasarımıdır. Projeye sonradan dahil olan Araş. Gör. Sultan CAN ve bölümümüz lisans öğrencilerinden Caner ÖNDER in katkılarıyla gerçekleştirilen bu çalışmalarda, tekli, ikili, çoklu bantlarda çalışabilen soğurucu ve/veya kalkan özellikli Frekans Seçici Yüzeyler tasarlanmıştır. Bu çalışmalar ile elde edilen bulgular [6]-[9] da sunulmuştur. Yayın Listesi 1. O. Yurduseven, A. E. Yılmaz, Üçgensel Yarık Halka Rezonatörünün Parametrik Analizi ve
Çoklu Rezonans Etkisi, 4. Mühendislik ve Teknoloji Sempozyumu (MTS), 28-29 Nisan 2011, Ankara, Türkiye. (Ek 1 de sunulmuştur) 2. O. Yurduseven, A. E. Yilmaz, G. Turhan-Sayan, Triangular Shaped Single Loop Resonator: A Triple-Band Metamaterial with MNG and ENG Regions in S/C Bands, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 10, pp. 701-704, 2011. (Ek 2 de sunulmuştur) 3. O. Yurduseven, A. E. Yilmaz, G. Turhan-Sayan, Hybrid-Shaped Single Loop Resonator: A Novel Four-Band Metamaterial Structure, Electronics Letters, vol. 47, no. 15, pp. 1381-1382, December 2011. (Ek 3 te sunulmuştur) 4. O. Yurduseven, A. E. Yilmaz, G. Turhan-Sayan, A Compact Five-Band SLR Type Metamaterial, in Proc. European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP) 2012, Prague, Czech Republic, 26-30 March 2012. (Ek 4 te sunulmuştur) 5. Y. Ozturk, A. E. Yilmaz, E. Colak, E. Ozbay, Characterization, Slab-Pair Modeling and Phase Analysis of Circular Fishnet Metamaterials, Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, vol. 10, pp. 624-631, 2012. (Ek 5 te sunulmuştur) 6. S. Can, A.E. Yilmaz, Parametric Performance Analysis of the Square Loop Frequency Selective Surface, Elektrotehniski Vestnik, vol. 80, no. 3, pp. 110-115, 2013. (Ek 6 da sunulmuştur) 7. C. Önder, A. E. Yılmaz, İç İçe Geçmiş Dört Halkalı Frekans Seçici Yüzey Geometrisi, 2. Ulusal EMC Konferansı, 9-12 Eylül 2013, İstanbul. (Ek 7 de sunulmuştur) 8. S. Can, A. E. Yilmaz, Bandwidth Enhancement of a Triangle with Gridded-Square Loop- Loaded FSS for X and Ku Bands, European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2014) a kabul edildi. (Ek 8 de sunulmuştur) 9. S. Can, A. E. Yilmaz, Absorption and Reflection Characteristics of a Circular Disk with Gridded-Square Loop-Loaded FSS Structure for X-Band Operations, IEEE International Conference on Numerical Electromagnetic Modeling and Optimization for RF, Microwave and Terahertz Applications (NEMO2014) a gönderildi. (Ek 9 da sunulmuştur) V. Sonuç ve Öneriler Proje kapsamında önerilen yapıların Bölüm IV te de sözü edildiği üzere çoklu rezonans etkileri, görünmezlik pelerini gibi uygulamalara yönelik olarak metamalzeme şeklinde kullanımları, radar ara kesit yüzeyi azaltımına veya radom olarak kullanımına yönelik uygulamaları proje kapsamındaki yayınlarda da gösterilmiştir. Proje kapsamında incelenen ve tasarlanan bütün yapılar düzlemsel yapılar olup; sonraki projelerde üç boyutta periyodiklik arz eden yapıların incelenmesi planlanmaktadır. VI. Geleceğe İlişkin Öngörülen Katkılar Çift periyodik yapılara ilişkin yapmış olduğumuz bu proje kapsamında yapmış olduğumuz yayınlar, an itibarı ile literatürde hatırı sayılır bir itibar görmektedir. Yayınlanmalarının ardından henüz çok zaman geçmemiş olmasına karşın [2] numaralı yayın şu ana değin 9, [3] numaralı yayın da 3 adet atıf almıştır. Daha önce de belirtildiği üç boyutta periyodiklik arz
eden yapıların incelenmesi, gelecekteki çalışmalar için önemli bir araştırma konusu teşkil edecektir. VII. Sağlanan Altyapı Olanakları ile Varsa Gerçekleştirilen Projeler Sağlanan altyapı olanakları ile yeni bir BAP projesi önerisinin yanı sıra Türkiye-Hindistan ikili işbirliği anlaşması kapsamında bir TÜBİTAK-UİDB proje önerisi sunulması planlanmaktadır. VIII. Sağlanan Altyapı Olanaklarının Varsa Bilim/Hizmet ve Eğitim Alanlarındaki Katkıları Proje kapsamında oluşturulmuş olan altyapı, benzeri her tür BAP, TÜBİTAK, SANTEZ ve AB projelerinde etkin olarak kullanılabileceği gibi, özellikle lisans seviyesi son sınıf ve lisansüstü seviyelerdeki öğrencilerin de Bitirme Projesi, Yüksek Lisans ve Doktora Tezi kapsamındaki araştırmalarında da kullanıma uygundur. Araş. Gör. Sultan CAN, doktora tezinde ilgili altyapıdan yararlanmakta olup; bölümümüz lisans öğrencilerinden Caner ÖNDER ve Sertaç ERDEMİR de Lisans Bitirme Tezleri nde ilgili altyapıdan yararlanmıştır. Gelecek akademik yıl içerisinde birçok lisans ve lisansüstü çalışma yapan öğrencinin de tezlerinde ilgili altyapıdan yararlanacağı öngörülmektedir. IX. Kaynaklar Bölüm IV te verilmiştir. X. Ekler a. Mali Bilanço ve Açıklamaları Proje kapsamındaki tek alım Vektör Network Analizör Cihazı olup, ilgili cihazın ihale duyurusu masrafları + tedarik masrafları, proje bütçesinin çoğunluğunu oluşturmuştur (Toplam 90,000 TL lik bütçenin 86,647.40TL si harcanmış olup 3,352.60TL lik kısım harcanmamıştır). Bu nedenle daha önce planlanan Yazılım, Hizmet Alımı vb. diğer harcamaların hiçbiri gerçekleştirilememiştir. Proje bütçesi ile söz konusu Vektör Network Analizör Cihazı tedarik edilmiştir. Mali Bilanço, Tablo 2 de sunulmuştur. Tablo 2. Mali Bilanço Bütçe Ödenek Gelir Gider Bütçede Kalan Kodu Adı Miktarı (TL) Miktarı (TL) Miktar (TL) 6-03-5 Hizmet alımları 1,100.00 1,097.40 2.60 6-06-1 Mamul mal 88,900.00 85,550.00 3,350.00
alımları TOPLAM 90,000.00 86,647.40 3,352.60 b. Makine ve Teçhizatın Konumu ve İlerideki Kullanımına Dair Açıklamalar Proje kapsamında tedarik edilmiş olan Vektör Network Analizör Cihazı, benzeri her tür BAP, TÜBİTAK, SANTEZ ve AB projelerinde etkin olarak kullanılabileceği gibi, özellikle lisans seviyesi son sınıf ve lisansüstü seviyelerdeki öğrencilerin de Bitirme Projesi, Yüksek Lisans ve Doktora Tezi kapsamındaki araştırmalarında da kullanıma uygundur. Söz konusu cihaz halen Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Nümerik Analiz ve Optimizasyon Araştırma Laboratuvarı nda bulunmakta ve kullanılmaktadır. c. Teknik ve Bilimsel Ayrıntılar (varsa Kesim III'de yer almayan analiz ayrıntıları) Bulunmamaktadır. d. Sunumlar (bildiriler ve teknik raporlar) Bölüm IV te de belirtildiği üzere 2 si ulusal, 3 ü uluslararası olmak üzere toplam 5 adet bildiri sunulmuştur/sunulacaktır: - O. Yurduseven, A. E. Yılmaz, Üçgensel Yarık Halka Rezonatörünün Parametrik Analizi ve Çoklu Rezonans Etkisi, 4. Mühendislik ve Teknoloji Sempozyumu (MTS), 28-29 Nisan 2011, Ankara, Türkiye. - O. Yurduseven, A. E. Yilmaz, G. Turhan-Sayan, A Compact Five-Band SLR Type Metamaterial, in Proc. European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP) 2012, Prague, Czech Republic, 26-30 March 2012. - C. Önder, A. E. Yılmaz, İç İçe Geçmiş Dört Halkalı Frekans Seçici Yüzey Geometrisi, 2. Ulusal EMC Konferansı, 9-12 Eylül 2013, İstanbul. - S. Can, A. E. Yilmaz, Bandwidth Enhancement of a Triangle with Gridded-Square Loop-Loaded FSS for X and Ku Bands, European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP 2014) a kabul edildi. - S. Can, A. E. Yilmaz, Absorption and Reflection Characteristics of a Circular Disk with Gridded-Square Loop-Loaded FSS Structure for X-Band Operations, IEEE International Conference on Numerical Electromagnetic Modeling and Optimization for RF, Microwave and Terahertz Applications (NEMO2014) a gönderildi. İlgili yayınlar, elektronik ortamda ekli dosyalarda sunulmuştur. e. Yayınlar (hakemli bilimsel dergiler) ve tezler Bölüm IV te de belirtildiği üzere 1 i SCI-Core, 2 si SCI-Expanded, 1 i de Engineering Index te olmak üzere toplam 4 adet makale yayımlanmıştır: - O. Yurduseven, A. E. Yilmaz, G. Turhan-Sayan, Triangular Shaped Single Loop Resonator: A Triple-Band Metamaterial with MNG and ENG Regions in S/C Bands, IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 10, pp. 701-704, 2011.
- O. Yurduseven, A. E. Yilmaz, G. Turhan-Sayan, Hybrid-Shaped Single Loop Resonator: A Novel Four-Band Metamaterial Structure, Electronics Letters, vol. 47, no. 15, pp. 1381-1382, December 2011. - Y. Ozturk, A. E. Yilmaz, E. Colak, E. Ozbay, Characterization, Slab-Pair Modeling and Phase Analysis of Circular Fishnet Metamaterials, Photonics and Nanostructures - Fundamentals and Applications, vol. 10, pp. 624-631, 2012. - S. Can, A.E. Yilmaz, Parametric Performance Analysis of the Square Loop Frequency Selective Surface, Elektrotehniski Vestnik, vol. 80, no. 3, pp. 110-115, 2013. İlgili yayınlar, elektronik ortamda ekli dosyalarda sunulmuştur.