Geniş Bantlı Soğurucu Özelliğe Sahip Frekans Seçici Bir Radom İçin Çok Katmanlı Duvar Yapısı Tasarımı

Abstract

Radom, bir anteni dışarıdan gelebilecek fiziki darbe, rüzgâr, yağmur gibi zarar verici çevre koşulardan korumak amacıyla onu çepeçevre kuşatan, tipik olarak fiberglas gibi malzemelerden yapılan koruyucu bir kılıftır. "Anten kaportası" olarak da adlandırılmaktadır. Hareketli sistemlerde radom kullanmak çok daha önemlidir. Tasarım doğru yapılmazsa, radom fiziki koruma yaparken antenin yayılım karakteristiğini bozar. Hatta antenin dışarıyla iletişimini engelleyebilir.

Yayılım esnasında bir tabakayla karşılaşan elektromanyetik dalgalar tabakanın özelliklerine bağlı olarak kısmen geri yansırken kısmen de zayıflayarak karşıya geçer. Antenin çalışma frekansında radomun her iki yöndeki geçiş kaybı yeterince küçük olmalıdır. Bu yüzden Radom tasarımının sadece fiziksel değil aynı zamanda radar sistem geliştirme boyutu da vardır. Bazı durumlarda radomlar anteni tehlike arz eden elektromanyetik koşullara karşı da ekranlamalıdır.

Radar sistemlerinde bir cismin varlığının tespiti, cisme sinyal gönderip, yansıyarak geri gelen sinyali algılayıp yeniden değerlendirmekle yapılmaktadır. Bir cismi istenmeyen radar sistemlerine karşı görünmez kılmanın yolu, cisim yüzeyinden radar alıcısına geri giden yansımayı engellemektir. Bunun basit bir yolu cismin yüzey geometrisini, sinyali geriye doğru değil daha farklı yönlere dağıtacak biçimde tasarlamaktır. Bu yöntem ancak verici ve alıcısı aynı noktada olan monolitik radar sistemleri için işlevseldir. Bistatik radar sistemlerinde alıcı vericiden farklı noktada, multistatik sistemlerde ise birden fazla konumda alıcı bulunmaktadır. Sinyali farklı yönlere dağıtmak bu durumda çözüm değildir.

Gerçek çözüm için nesne, sinyali yansıtmayan aynı zamanda nesneye ulaşmasını da engelleyen bir koruma kılıfıyla kaplanmalıdır. Soğurucu denen bu yapılar elektromanyetik dalganın enerjisini kendi içinde ısıya dönüştürerek yok eder. Bunların en alt kısmında karşıya geçişi engelleyen metalik tabaka bulunmaktadır. Yansımayı engelleyen soğurucuların farklı kullanım alanları vardır. Değişik formlarda karbon içren poliüretan köpükten yapılan soğurucular büyük hacimli olup genellikle ölçüm ve test ortamlarının tasarımında kullanılmaktadır. Rezistif yüzeyler içeren tabakalar halinde imal edilen soğurucular daha ince yapılabilse de soğurma bant genişlikleri sınırlıdır. Radarla tespit sistemleri tek frekansta değil geniş frekans bandında çalıştıklarından soğurucu kaplamaların da mümkün mertebe geniş bantlı olası istenir.

Bir nesne veya güvenlik amaçlı bir tesis böyle soğurucularla kaplanarak görünmez kılınabilir. Fakat kaplanan nesnenin dışarıyla iletişim kurmasını sağlayan bir anteni varsa problem ortaya çıkar. Anteni soğurucu ile kaplamak onu işlevsiz kılar. Anten ve onu taşıyan aksam metalden imal edildiğinden tam bir yansıtıcı olarak çalışır ve görünmezliği ihlal eder. Bu yüzden anten, çalışma frekansında az bir zayıflamayla geçirgen, diğer frekanslarda soğurucu olarak çalışan bir tabakayla kaplanmalıdır. Yapılmış çalışmaların hiçbirinde yeterli fiziksel koruma ve yeterli frekans bandında görünmezlik sağlayan ürün tasarlanamamıştır.

Bu proje kapsamında, bir frekansta geçirgen, geniş bir frekans bandında ise soğurma yapan radom imalinde kullanılabilecek örnek bir duvar yapısı geliştirmek amaçlanmaktadır. Yapı, aralarında rezistif yüzey bulunan birden fazla dielektrik tabakalardan meydana gelecektir. En iç kısımda ise frekans seçiciliği iyileştiren metalik yüzey bulunacaktır. Hem rezistif yüzeyler hem de metalik yüzey, karşıya geçirilmek istenen sinyal ve soğurulacak frekans bandına göre özel biçimlendirilmiş olmalıdır. Dielektrik tabakaların elektriksel özellikleri ve kalınlıkları da bu frekanslara göre belirlenmektedir.

Önce çok katlı rezistif yüzey içerikli soğurucular araştırılarak seçici soğurma için gerekli rezistif yüzey eleman özellikleri belirlenecektir. Sonra geçirgen/soğuru tasarım çalışmaları incelenecek ve belli bir frekansın karşıya geçirilebilmesi için gerekli yöntemler araştırılacaktır. 4 - 4.2 GHz frekansı karşıya geçirmeye, 8 - 22 GHz arası ise soğurulmaya çalışılacaktır. Geçiş kaybı en fazla 1.5dB, soğurulacak bantta ise yansıma maksimum -10dB olarak öngörülmektedir. 8 GHz üstünün geçiş kaybının ise en az 10dB olması hedeflenmektedir.

Yapılacak inceleme ve simülasyon çalışmalarıyla en uygun dielektrik tabaka ve rezistif yüzey yapımında kullanılan mürekkeplerin özellikleri belirlenecek ve temin edilecektir. Yüzeyleri biçimlendirmek için gerekli şablon ve ekran baskı planları belirlenecektir. Baskı işlemi için hizmet alımı yapılabilecektir. İşlenmiş yüzey içeren tabakalar birleştirilerek geçirgen/soğurucu yapı ortaya çıkarılacaktır. Elde edilen yapının ölçüm ve testleri için yeterli imkanı olan TÜBİTAK, diğer üniversiteler veya özel firmalardan hizmet alımı yapılacaktır.