Çoklu açıklıklı metalik muhafazaların ekranlama etkinliğinin hıe-fdtd algoritması kullanılarak analizi
Efficient analysis of shielding effectiveness for metallic enclosures with multiple slots using the hie-fdtd algorithm
Yazar: ARZU KALENDER TUTAŞ
Danışman: DOÇ. DR. FATİH KABURCUK
Sivas Cumhuriyet Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında, elektromanyetik girişimin olumsuz etkilerini önlemek amacıyla girişimden korunma yöntemlerinden biri olan ekranlamayı hesaplamak için etkin bir yöntem sunulmuştur. Elektromanyetik etkilere karşı ekranlama için metal muhafazalar kullanılmaktadır. Ancak, metal muhafazalar üzerindeki ince açıklıklar, ekranlamayı olumsuz yönde etkileyebilir; bu durum elektromanyetik ekranlama verimliliğini azaltır. Bu nedenle metal muhafazaların ekranlama etkinliği değerlerini belirlemek önemlidir. Metal muhafazaların ekranlama etkinliği, zaman alanında sonlu farklar (FDTD) yöntemi ile hesaplanabilir. İnce açıklıkların metal muhafaza üzerinde etkili bir şekilde modellenmesi için, FDTD uzayındaki hücre boyutları, açıklığın dar kenarı boyunca diğer yönlere kıyasla daha küçük olmalıdır. Ancak FDTD yönteminde doğruluğu sağlayabilmek için, Courant–Friedrichs–Lewy (CFL) kararlılık kriteri nedeniyle küçük hücre boyutları zaman adımı süresini azaltarak daha uzun hesaplama süreleri gerektirir. Bu nedenle, hibrit örtülü açık zaman alanında sonlu farklar (HIE-FDTD) yöntemi önerilerek, küçük hücre boyutları kullanılarak sonuçların doğruluğunu etkilemeden, metalik muhafazaların ekranlama etkinliği çok daha hızlı hesaplanabilmektedir. Benzetim çalışmalarında HIE-FDTD yöntemi kullanılarak, metalik muhafazalar üzerinde tanımlanan tek ve çok sayıda ince açıklığın ekranlama etkinliği üzerindeki etkileri 0.1-1 GHz frekans aralığında MATLAB programlama dili kullanılarak incelenmiş ve elde edilen sonuçlar geleneksel FDTD yöntemi ile yapılan benzetim çalışmalarıyla karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırma sonucunda metal muhafaza üzerindeki toplam açıklık alanı daraldığında, dalga polarizasyon yönü değiştiğinde ekranlama verimliliğinin rezonans bölgesi dışında arttığı görülmüştür. Aynı zamanda HIE-FDTD yöntemi ile yapılan benzetim sonuçları, geleneksel FDTD yöntemine göre yaklaşık %70 oranında daha kısa sürede elde edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, an effective method is presented to calculate shielding, which is one of the interference protection methods, in order to prevent the negative effects of electromagnetic interference. Metallic enclosures are used for shielding against electromagnetic effects. However, thin slots on metallic enclosures can negatively affect shielding; This reduces the electromagnetic shielding efficiency. Therefore, it is important to determine the shielding efficiency values of metallic enclosures. The shielding effectiveness of metallic enclosure can be calculated by the finite-difference time-domain (FDTD) method. For effectively modelling of thin slots on the metallic enclosure, cell sizes in the FDTD domain must be smaller along the narrow edge of the slots compared to other directions. However, to ensure accuracy in the FDTD method, smaller cell sizes require longer computational time due to the Courant–Friedrichs–Lewy (CFL) stability criterion, which decreases the time step size. Therefore, by proposing the hybrid implicit-explicit finite-difference time-domain (HIE-FDTD) method, which allows for the use of small cell sizes without compromising the accuracy of the results, the shielding effectiveness of metallic enclosures can be calculated much faster. Simulation studies using the HIE-FDTD method examine the effects of single and multiple thin apertures defined on metallic enclosures on shielding effectiveness in the 0.1-1 GHz frequency range using the MATLAB programming language, and the results are compared with simulation studies conducted using the traditional FDTD method. This comparison reveals that as the total aperture area on the metal enclosure decreases or when the wave polarization direction changes, the shielding effectiveness increases outside the resonance region. Additionally, simulation results using the HIE-FDTD method are obtained approximately 70% faster compared to the traditional FDTD method.