Bazı mikrodalga dielektrik malzemelerin dielektrik geçirgenliklerinin r-bant dalga kılavuzu rezonatörü ile incelenmesi
Investigation of dielectric permittivity of some microwave dielectric materials with r-band waveguide resonator
Yazar: TUĞBA ŞEYDA YILDIRIM
Danışman: DOÇ. DR. ALP ORAL SALMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikrodalga frekanslarında çalışan malzemelerin özelliklerinin tam olarak anlaşılması elektromanyetik malzeme karakterizasyonu ile mümkündür. Bu sayede malzemelerin elektromanyetik parametreleri (ε, µ, σ) hakkında bilgi sahibi olabiliriz. Bu parametreler; bir elektromanyetik problemin Maxwell denklemleri ile çözümünde yerlerine konulması gereken niceliklerdir ve aynı zamanda benzetimlerde de kullanılırlar. Dolayısı ile elektromanyetik problemlerin hem analitik hem de benzetimler yoluyla çözülmelerinde bilinmeleri elzem olan parametrelerdir.  
Bu tez çalışmasında malzemelerin elektromanyetik karakterizasyonu için gereken teorik bilgiler ve hâlihazırda kullanılan yöntemler hakkında bilgiler verilmiştir. Tez çalışması kapsamında mikrodalga uygulamalarında çokça kullanılan teflon, polietilen gibi dielektrik malzemelerin elektromanyetik özelliklerinin R-bant (1,6 GHz – 2,7 GHz) frekans aralığında belirlenmesi için malzeme sarsım metodu kullanılmıştır. Malzeme sarsım metodu kullanılarak deneysel ölçümler ve buna ek olarak CST ortamında da benzetim çalışmaları yapılmıştır. Burada teflon dielektrik malzemesi, referans malzemesi olarak alınmış ve gereken bazı katsayılar diğer malzemelerin elektriksel geçirgenliklerinin bulunması için gereken hesaplamalarda kullanılmıştır. Hem Vektör Network Analizör (VNA) ile yapılan ölçümlerde hem de CST benzetimlerinde R-bant rezonatörde malzemeli ve malzemesiz olarak deneyler yapılmıştır. Bu ölçümlerden elde edilen S21 rezonans eğrileri, MİLTEK (Milimetre Dalga, Elektromanyetik ve Güvenlik Teknolojileri Araştırma Laboratuvarı)'de kullanılmak üzere ilk kez bu tez çalışması kapsamında geliştirilmiş olan ve grafiksel arayüze (GUI) sahip olan bir MATLAB uygulaması yardımı ile analiz edilmiştir. Bu programla, malzemelerin karmaşık elektriksel geçirgenlikleri otomatik olarak elde edilmiştir. Elde edilen deneysel sonuçlar bir elektromanyetik benzetim yazılımı olan CST Studio'dan elde edilen benzetimler ile karşılaştırılmıştır. Son olarak deney ve benzetim sonuçları grafiksel olarak da değerlendirilerek sonuçlar tartışılmıştır.
Anahtar Kelimeler: Dielektrik Malzeme, Elektromanyetik Malzeme Karakterizasyonu, Karmaşık Elektriksel Geçirgenlik, Malzeme Sarsımı Yöntemi.

Abstract:
Characterization of electromagnetic materials gives a complete understanding about materials which is operating in microwave frequencies. In this regard, we may have information about the electromagnetic parameters (ε, µ, σ) of materials. These parameters use to solve an electromagnetic problem by putting them into Maxwell equations or in simulations. Hence, these parameters are very important for solving electromagnetic problems both analytically and through simulations.
In this thesis study, the theoretical information which is required for electromagnetic characterization of materials and the methods currently used for identifying electromagnetic specifications of materials are explained. In the scope of the thesis study, material perturbation method was used to determine the electromagnetic properties of dielectric materials such as Teflon, polyethylene which are widely used in microwave applications in R-Band (1,6 GHz – 2,7 GHz) frequency range. Experimental measurements were made using the material perturbation method. In addition the experimental measurements, same operations were simulated on CST environment. Teflon dielectric material is used as reference material to calculate some coefficients which are used in the calculations of dielectric permittivity of other materials. Experiments have been carried out both in the measurements made with Vector Network Analyzer (VNA) and in CST simulations in R-Band resonator with and without material. The S21 resonance curves obtained from these measurements were analyzed in MILTEK (Millimeter Waves, Electromagnetics and Security Technologies Research Laboratory) with the help of a MATLAB Application which is developed first time in this thesis study. The MATLAB Application has a GUI for making calculations fast. With this application, the complex dielectric permittivity of materials are automatically calculated. The experimental results are compared with CST Studio simulations results. Finally, the results of experiments and simulations are evaluated graphically and discussed.
Keywords: Dielectric Material, Electromagnetic Material Characterization, Complex Dielectric Permittivity, Material Perturbation Method.