Açık-kapalı forma sahip tem hücre tasarımı ve düzlem malzemelerin ekranlama etkinliklerinin ölçümü
Open/closed formed tem cell design and measurement of shielding effectiveness of planar materials
Yazar: ESRA NURGÜN
Danışman: PROF. DR. BİRSEN SAKA TANATAR
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Hızla gelişmekte olan teknoloji ile birlikte askeri ve sivil uygulamalarda kullanılan elektronik cihazların gereken performansta ve aynı zamanda dışarıdan gelen elektromanyetik girişimlere olabildiğince az maruz kalarak çalışma gereksinimi, elektromanyetik uyumluluk açısından önemli bir konu olarak karşımıza çıkmaktadır. Elektromanyetik uyumluluğun elektronik dünyasında bu kadar önemli olması, beraberinde elektromanyetik girişimlere karşı da yeterli ve gerekli önemleri alma konusunu gündeme getirmiştir. Ekranlama; elektromanyetik girişimleri engellemek için kullanılan bir yöntemdir. Ekranlama etkinliği ölçümlerinde ekran malzemesinin büyüklüğü ve şekli ile birlikte zaman ve malzeme maliyeti, çalışma frekans bandı, kullanım kolaylığı gibi parametrelerin dikkate alınması gerekir. Bu çalışma kapsamında ilk olarak iletim yoluyla ekranlama etkinliği yöntemini benimseyen tek bir TEM hücresinin eş iki parça halinde kullanılması ile ortaya çıkan ayrık TEM (TEM-t) hücrelerinin alt ve üst toprak plakalarının açısal değişimlerinin ölçüm hassasiyetine olan etkisi incelenmiş; devamında ise TEM hücresinin bir iletim hattının canlı ucunu temsil eden merkez plakasının (septum) boyutsal farklıklarının ölçüm doğruluğuna olan etkisi üzerinde durulmuştur. Tüm bu denemelerde CST Microwave Studio programı kullanılmış, farklı boyutsal özelliklere sahip bu yapıların aynı koşullar altında ekranlama etkinlikleri incelenmiştir. Bir sonraki aşamada ise yapılan simülasyon sonucu elde edilen optimum boyutsal özellikli yapının üç boyutlu yazıcı kullanılarak üretimi sağlanmıştır. Üç boyutlu baskı için PLA malzemesi kullanılarak plastik türevi TEM hücre örnekleri oluşturulmuş, elde edilen örnekler farklı iletken yapılar kullanılarak kaplanmıştır. Kaplanan nihai ürünün yansıma ve iletim karakteristiği Vektör Ağ Analizörü vasıtasıyla ölçülmüş, teorik ve pratik sonuçlar birbiri ile kıyaslanmıştır.
Bir sonraki aşamada TEM hücresi düzlemsel olarak ikiye ayrılarak (TEM-t) ara bölgeye yerleştirilen düzlemsel malzemelerin iletim hattına olan etkisi incelenmiştir. Üç farklı yöntem için simülasyon çalışılıp; ilkinde septum hariç tutularak hücrenin yarısına kadar yükleme yapılmış, ikincide septum hariç tutularak tam yükleme yapılmış, sonuncusunda ise septumu da katarak yükleme yapılarak sonuçlar incelenmiştir. En uygun yöntem belirlenerek elde edilen düşük maliyetli ve yüksek performanslı TEM-t hücresinin malzeme yüklü iken gösterdiği performans, yani S-parametrelerindeki değişim incelenmiştir. Bu yöntem sayesinde S-parametrelerinde gözlemlenen değişim referans alınarak ekran malzemesi olarak kullanılacak düzlemsel yapıların seçimi kolaylıkla yapılabilmektedir.

Abstract:
With rapidly developing technology, the need for electronic devices used in military and civilian applications to operate at the required performance and at the same time with as little exposure to external electromagnetic interference as possible, emerges as an important issue in terms of electromagnetic compatibility. The fact that electromagnetic compatibility is so important in the electronics world has brought to the agenda the issue of taking adequate and necessary precautions against electromagnetic interference. Shielding; It is a method used to prevent electromagnetic interference, and the introduction of small-sized shielding structures, which are frequently preferred due to their ease of use and cost-effectiveness, emerges as an important development point in this field. Within the scope of this study, firstly, the effect of angular changes of the bottom and top soil plates on the measurement sensitivity of flanged TEM (TEM-t) cells, which are created by using a single TEM cell in two identical parts, which adopt the method of shielding efficiency through conduction, was examined; Subsequently, the effect of the dimensional differences of the central plate (septum) of the TEM cell, which represents the live end of a transmission line, on the measurement accuracy is emphasized. CST Microwave Studio program was used in all these experiments, and the shielding effectiveness of these structures with different dimensional properties was examined under the same conditions. In the next stage, the structure with optimum dimensional properties obtained as a result of the simulation was produced using a three-dimensional printer. Plastic derived TEM cell samples were created using PLA material for three dimensional printing, and the obtained samples were coated using different conductive structures. The reflection and transmission charactersitics of the final coated product were measured by means of a Vector Network Analyzer, and theoretical and practical results were compared with each other.
In the next stage, the TEM cell was divided into two planar (TEM-t) and the effect of planar materials placed in the intermediate region on the transmission line was investigated. Simulations were run for three different methods; in the first one, the cell was loaded up to halfway, excluding the septum, in the second one, the septum was fully loaded, and in the last one, the septum was included and the loading was done and the results were examined. The most suitable method was determined and the performance of the low-cost and high-performance TEM-t cell obtained when the material was loaded, i.e. the change in S-parameters, was examined. Thanks to this method, the selection of planar structures to be used as screen materials can be easily made by taking the observed change in S-parameters as reference.