Beginners Guide to TikTok for Search - Rachel Pearson - We are Tilt __ Bright...
c_kaya_v1.pptx
1. İletim/Yansıma Hattı Yöntemi ile Çift Negatif
Metamalzeme Yapılarının Elektrik ve Manyetik
Geçirgenlik Parametrelerinin Belirlenmesi
Çağlar KAYA,
Ankara Üniversitesi
Hızlandırıcı Teknolojileri Enstitüsü
c.kaya@ankara.edu.tr
2. İçerik
• Dielektrik sabiti
• Ölçüm Yöntemleri
• Nicolson Ross Weir Yöntemi
• Tek negatif, çift negatif ve çift pozitif malzemeler
• Tasarım çalışmaları ve sonuçları
• Sonuç
02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
2
3. 02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
3
Mikroskobik düzeyde, çeşitli dielektrik
mekanizmalar dielektrik davranışa katkıda
bulunabilir. Dipol oryantasyonu ve iyonik iletim,
mikrodalga frekanslarında güçlü bir şekilde
etkileşime girer. Örneğin su molekülleri,
alternatif bir elektrik alanını takip etmek için
dönen dipollerdir. Bu mekanizmalar oldukça
kayıplıdır. Bu da yiyeceklerin mikrodalga fırında
neden ısındığını açıklar.
ε iyonların bulunduğu ortamın geçirgenliği, εo boşluğun geçirgenliği, εr= ε / εo ise ortamın boşluğa göre bağıl
geçirgenliğini göstermektedir. Bu şekilde tanımlanan bağıl geçirgenliğe dielektrik sabiti denir. Örneğin suyun 25oC
daki dielektrik sabiti 78,54 olarak ölçülmüştür. Bu değer su içinde bulunan iyonlar arasındaki coulomb kuvvetinin
boşluğa göre 78,54 kez azaldığını göstermektedir.
Dielektrik sabiti, bir malzemenin üzerinde yük depolayabilme yeteneğini ölçmeye yarayan katsayıdır. Başka bir ifade ile
dielektrik sabiti, bir elektrik alanın etkilerinin bir ortam tarafından nasıl etkilendiğinin ölçümüdür.
Dielektrik ???
4. 02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
4
Yöntemlerin Karşılaştırılması
Doğruluk, uygunluk ve malzeme şekli gibi birçok faktörü seçmede önemlidir.
Dikkate alınması gereken önemli faktörlerden bazıları burada özetlenmiştir:
• Frekans aralığı
• εr ve µr'nin beklenen değerleri
• Gerekli ölçüm doğruluğu
• Malzeme özellikleri (yani homojen, izotropik)
• Malzemenin şekli (yani sıvı, toz, katı, levha)
• Örnek boyutu kısıtlamaları
• Yıkıcı veya yok edici olmayan
• İletişim kurma veya temas kurmama
• Sıcaklık
• Maliyet
ölçüm yöntemleri arasında hızlı bir karşılaştırma yan tarafta gösterilmiştir.
Ölçüm Yöntemleri
5. 02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
5
Malzeme karakterizayon yöntemlerinden biri olan iletim hattı yönteminde, malzeme koaksiyel airline veya
dikdörtgen dalga kılavuzu gibi kapalı bir iletim hattının içerisine yerleştirilerek ölçüm alınır.
Bu yöntem 100 MHz’den 110 GHz’e geniş bir frekans aralığını kapsasa da pratikte 50 GHz’e kadar ölçümler
yapılabiliyor.
Malzeme numune tutucularının içerisine tam olarak sığdırılmalı ve boşluk kalmamalıdır.
İletim hattı yöntemi, katı malzemelerin ölçümleri için uygundur.
Ölçüm yapılacak malzeme pürüzsüz, düz bir yüzeye ve homojen bir yapıya sahip olmalıdır.
Malzeme özellikleri
•Fikstür içerisine sığacak boyutlu
•Pürüzsüz, düz yüzeyli
•Homojen
•Fikstür duvarlarında hava boşluğu kalmamalı
Yöntem özellikleri
•Geniş frekans ölçüm aralığı
•Koaksiyel airline veya dikdörtgen dalga kılavuzu gibi basit fikstürler
•Koaksiyel prob yönteminden daha hassas
•Katı malzemeler için en iyisi
•εr ve μr ölçümleri
6. 02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
6
Bu yöntemle ölçüm gerçekleştirebilmek için
vektör network analizöre, numune tutucuları
olarak koaksiyel airline veya dalga kılavuzu
fikstürlerına ve εr/μr sabitlerini hesaplayan
yazılıma ihtiyaç duyulmaktadır.
εr ve μr sabitleri yansıyan sinyal (S11) ve
iletilen sinyal (S21) değerlerinden hesaplanır.
Kısaca iletim hattı yöntemi, koaksiyel airline veya
dalga kılavuzuna sığacak şekilde tasarlanmış katı
malzemeler için en ideal yöntemdir.
Malzemeyi, numune tutucularının kapalı iletim
hattına yerleştirerek dielektrik sabiti ve
geçirgenliğini ölçebilirsiniz.
7. • Malzemelerin elektromanyetik özelliklerini (ε, μ vb.) ölçmek için birçok farklı
yöntem kullanılmaktadır. Bu yöntemlerin başında NRW (Nicolson-Ross-Weir)
yöntemi gelmektedir.
• NRW yöntemi, çok uzun süredir homojen, izotropik malzemelerin elektriksel ve
manyetik geçirgenliklerini ölçmek için standart bir teknik olmuştur.
• NRW yöntemi ile S parametrelerini ölçerek, incelenmesi planlanan malzeme
parametrelerinin davranışını tahmin etmek için bir analiz yapmak mümkündür.
02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
7
Nicolson Ross Weir Yöntemi
8. 02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
8
Ölçümü gerçekleştirilen S-parametreleri ile yansıma ve geçirgenlik katsayıları hesaplanır. Yansıma ve geçirgenlik katsayısı
elde edildikten sonra elektrik ve manyetik geçirgenlik (ε, μ vb.) değerleri hesaplanmaktadır.
10. 02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
10
• 1.6 mm kalınlığında FR4 alttaş üzerine
Bakır (Cu) metamalzeme yapıları
üretilmiştir.
• Üretimi gerçekleştirilen metamalzeme
yapısının Ansys HFSS yazılımı ile
benzetimi yapılmıştır.
• WR62 ile Ku-bandında saçılma
parametreleri ölçümü gerçekleştirilmiştir.
Tasarım Çalışmaları ve Sonuçları
11. 02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
11
WR62 ile Ku-bandında saçılma parametreleri ölçümü gerçekleştirilen tasarımların ölçüm sonuçları Şekil’de verilmiştir.
12. Tasarım1
02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
12
Üretimi yapılan Tasarım-1 yapısının ölçüm sonuçları ile benzetim sonuçları karşılaştırılması şekil’ de gösterilmiştir.
NRW yöntemi kullanılarak Tasarım-1 ün ölçülen saçılma ve faz verilerinden elektriksel ve manyetik geçirgenlik değerleri
hazırlanan bir MATLAB kod sayesinde hesaplanmıştır.
14. Tasarım2
02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
14
Üretimi yapılan Tasarım-2 yapısının ölçüm sonuçları ile benzetim sonuçları karşılaştırılması şekil’ de gösterilmiştir.
NRW yöntemi kullanılarak Tasarım-2 ün ölçülen saçılma ve faz verilerinden elektriksel ve manyetik geçirgenlik değerleri
hazırlanan bir MATLAB kod sayesinde hesaplanmıştır.
16. Tasarım3
02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
16
NRW yöntemi kullanılarak Tasarım-3 ün ölçülen saçılma ve faz verilerinden elektriksel ve manyetik geçirgenlik değerleri
hazırlanan bir MATLAB kod sayesinde hesaplanmıştır.
Üretimi yapılan Tasarım-3 yapısının ölçüm sonuçları ile benzetim sonuçları karşılaştırılması şekil’ de gösterilmiştir.
18. Sonuç
• Bu çalışmada Ku- bandı uygulamalarında kullanılan meta-malzemelerin, saçılma
parametrelerine ait genlik ve faz değerleri NRW algoritması için yazılan bir koda
yerleştirilerek elektrik ve manyetik geçirgenlik sabitleri belirlenmiştir.
• Tasarım-1 ve Tasarım-2 için rezonans değerleri sırasıyla 16.5 GHz ve 15.2 GHz
ölçülmüştür. Tasarım-3 için HFSS’de yapılan benzetimlerin sonuçları ölçülen
değerlere yakın çıkmıştır.
• Bu değerlere bakıldığında hazırlanan Tasarım 3 numunesi 15.5 GHz değerinde
rezonansa girdiği gözlemlenmiş olup 15-16 GHz frekans aralığında rezonans
frekanslarına yakın bölgelerde negatif elektriksel geçirgenlik ve negatif manyetik
geçirgenliğe sahip olduğu hesaplanmıştır.
• Yapılan çalışmanın en önemli özelliği, ölçüm sonuçlarının HFSS benzetim
sonuçlarıyla doğrulanarak, dielektrik ve manyetik malzemelerin geçirgenlik
sabitlerinin NRW algoritması ile belirlemesidir.
02.09.2023
c.kaya@ankara.edu.tr
URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi,
İstanbul
18
