X Bandı Radar Antenleri için Üç Boyutlu (3D) Eklemeli İmalat Yöntemi ile Kompozit Frekans Seçici Yüzey Kaplama Malzemesi Üretimi

Abstract

ÖZET Bu projede, X bandı radar antenleri için dairesel kesitli silindirik metal veya karbon fiber takviyeli üç boyutlu (3D) kompozit frekans seçici yüzey (FSY) kaplama malzemelerinin geliştirilmesi, karakterizasyonu ve bu malzemelerin üretimi konularında çalışmalar yapılmıştır. Bu kapsamda, normal şartlar altında dielektrik özellikleri sebebiyle elektromanyetik (EM) dalgalara geçirgen olan epoksi tutucu malzeme içine ilk olarak süreksiz metal fiber takviye malzemeleri konumlandırılarak FSY’nin çalışma frekansında bant durduran filtre karakteristiği göstermesi sağlanmıştır. Daha sonra sonlu uzunluktaki süreksiz takviye malzemeleri arasına sürekli takviyelerin ilave edilmesi ile çalışma frekansında bant geçiren filtre karakteristiğine sahip özgün FSY yapısı tasarlanmıştır. Ayrıca, farklı çap ve uzunlukta fiberler beraber kullanılarak metal fiber takviyeli FSY’ler için çok-bantlı filtre karakteristiği elde edilmiştir. Projenin ikinci aşamasında metal takviye malzemeleri yerine sağladıkları üstün mekanik ve elektriksel özelliklerinden dolayı günümüzde kullanımları yaygınlaşan karbon takviye malzemelerinin FSY tasarımında kullanılması amaçlanmıştır. Bu kapsamda hem karbon hem de metal fiber takviyeli bant durduran FSY tasarımları gerçekleştirilerek takviye malzeme türünün frekans cevabına etkileri de incelenmiştir. Ayrıca karbon takviyeli FSY’nin üretimlerinde kullanılan sertleştiricinin oranı azaltılarak eğimli radom yüzey uygulamaları için esnek ve bükülebilir kaplama malzemesi üretilmiştir. Proje kapsamında takviye malzemelerinin tutucu malzeme içinde birbirlerine paralel şekilde yerleştirilmeleri ile FSY’lerin fiberler doğrultusunda yüksek mukavemet sağlamaları hedeflenmiştir. Projenin üçüncü ve son aşamasında polarizasyon bağımsız metal tripod takviyeli FSY tasarımları sunulmuştur. Çalışmada tasarlanan tüm FSY’lerin prototip üretimleri yapılmış olup serbest uzay test metodu kullanılarak elde edilen frekansa bağlı iletim parametreleri ile bilgisayar tabanlı benzetim sonuçları doğrulanmıştır. Yapılan elektriksel çalışmalara ek olarak, üretimlerde kullanılan takviye malzemelerinin mekanik testleri de gerçekleştirilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kompozit frekans seçici yüzeyler, üç boyutlu (3D) frekans seçici yüzeyler, fiber takviyeli yapılar, radom, bilgisayar tabanlı benzetim, iletim parametreler

ABSTRACT In this project, the works done in terms of the development, characterization and production of cylindrical metal or carbon fiber reinforced three-dimensional (3D) composite frequency selective surface (FSS) coating materials for X band radar antennas. In this regard, discontinuous metal fiber reinforced materials were first placed in the epoxy host material which is permeable to electromagnetic (EM) waves due to their dielectric properties under normal conditions, thereby it was provided to show the band stop filter characteristic of the FSS at the operating frequency. Then, a novel FSS with the band pass filter characteristic at the operating frequency was designed by adding the continuous reinforced materials between the finite length discontinuous materials. Additionally, multiband filter characteristic was obtained by using metal fiber reinforced material with different diameter and length. In the second phase of the project, due to the outstanding mechanical and electrical properties carbon reinforced materials which are becoming widespread today, instead of metal reinforced materials were intended to be used in FSS design. In this context, both carbon and metal fiber reinforced band stop FSS designs have been investigated and the effects of the reinforcement material type on the frequency response were also examined. Furthermore, by reducing the rate of hardeners used in the production of carbon-reinforced FSS a flexible and bendable coating material has been produced for applications of curved radome surfaces. In the scope of the project, it was aimed to provide high strength in the direction of fibers with the placement of the fibers parallel to each other. In the third and last phase of the project, polarization-independent metal tripod reinforced FSS designs were presented. Prototype productions of all FSSs designed in the study were carried out and computer based simulation results were verified with the frequency dependent transmission parameters obtained by using free space test method. In addition to the electrical work done, mechanical tests of reinforcing materials used in production were also performed. Keywords: Composite frequency selective surfaces, three-dimensional (3D) frequency selective surfaces, fiber reinforced structures, radome, computer based simulation, transmission parameters