Elektronik soğutucular için geniş bantlı yama tipisoğurucu kuşak tasarımı
Wideband patch-type emw absorbing belt design forelectronic heat sinks
Yazar: ZEYNEP KOCAMAN
Danışman: PROF. DR. SELÇUK HELHEL
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Metamalzemeler, bilinen doğal malzemelerin aksine farklı elektromanyetik
özellikler gösteren yapay malzemelerdir. Son yıllarda keşfedilen özelliklerinden önemli
bir tanesi de gelen elektromanyetik dalgaya karşı mükemmel soğurma performansı
göstermeleridir. Bu özellikleri sayesinde mikrodalga bandından optik banda kadar pek
çok farklı uygulamada kullanılabilecekleri değerlendirilmektedir.
Bu tez çalışmasında, elektronik soğutucular için geniş bantlı yama tipi
metamalzeme tabanlı elektromanyetik soğurucu yapının mikrodalga frekanslarda
tasarım, benzetim, optimizasyon, üretim ve ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Metamalzeme
soğurucu yapının ve elektronik soğutucunun sayısal analizi ve tasarımında, CST
Microwave Studio benzetim programı kullanılmıştır.
Benzetim ortamında tasarlanan yapının soğurma etkisi incelendikten sonra,
istenilen frekans aralığında elektronik soğutucuyla birlikte optimizasyonu
gerçekleştirilerek, baskı devre teknolojisi ile soğurucunun üretimi yapılıp ardından
seçilen elektronik soğutucu ile testleri tamamlanmıştır. Geniş bantlı metamalzeme tabanlı
soğurucunun elektronik soğutucu ile birlikte oluşturulan tümleşik yapısı anten davranışı
sergilemesi sebebiyle ortaya çıkardığı ışıma örüntüsü, benzetim ve deneysel ortamda elde
edilen uzak alan ölçüm sonuçları kullanılarak elde edilmiştir. Tasarlanan soğurucunun
katman sayısı değişimine ilişkin fiziki şartlarda göz önünde bulundurularak en iyi değeri
saptanmıştır. Daha sonra soğurucu kuşağın elektronik soğutucu üzerinde konumunun
elektromanyetik ışıma bastırma veya lens davranışı göstererek kazanca/yönlendirmeye
neden olma derecesi belirlenmiştir.
Bu tez çalışmasında elektronik soğutucuların neden olduğu girişim etkilerini
bastırmak veya yönlendirmek amacı ile soğutucuların etrafında kullanılmak üzere
metamalzeme tabanlı bir soğurucu kuşak tasarlanmıştır. Tek kat olarak seçilen kuşak en
iyi bastırmayı uzak alan theta=90°'de kuşak Konum-6'dayken %75,6 oranında ortalama
6,73 dB olarak soğutucunun taban seviyesindeyken yakalamıştır. Soğurucu kuşak
soğutucu üzerinde Konum-2'de konumlandırıldığında ise uzak alan theta=90°'de %89,81
oranında ortalama 4,92 dB değerinde kazanç sağlayarak, ışımayı yönlendirerek kazancı
artırmıştır.

Abstract:
Metamaterials are artificial materials that show different electromagnetic properties,
unlike known natural materials. One of the most important features discovered in recent
years is that they show excellent absorption against the incoming electromagnetic wave.
Thanks to these features, it is evaluated that they can be used in many different
applications from microwave band to optical band.
In this thesis, the design, simulation, optimization, fabrication, and measurements
of a broadband patch type metamaterial-based electromagnetic absorber structure for
electronic heat sinks were carried out at microwave frequencies. The CST Microwave
Studio simulation program was used in the numerical analysis and design of the
metamaterial absorber structure and the electronic heat sinks.
After examining the absorption effect of the designed structure in the simulation
environment, optimization was carried out with the electronic heat sinks in the desired
frequency range, the absorber was produced with the printed circuit technology and then
the tests were completed with the selected electronic heat sinks. Since the integrated
structure of the broadband metamaterial-based absorber together with the electronic heat
sinks exhibits antenna behavior, the radiation pattern revealed by the simulation and farfield measurement results obtained in the experimental environment has been obtained.
The best value of the designed absorber was determined by considering the physical
conditions regarding the change in the number of layers. Then, the degree to which the
position of the absorber belt on the electronic heat sinks causes electromagnetic radiation
suppression or lens behavior to cause gain/direction was determined.
In this thesis, a metamaterial-based absorber belt is designed to be used around
electronic heat sinks to suppress or direct the interference effects caused by electronic
heat sinks. The band selected as a single layer achieved the best suppression in the far
area theta=90°, while the band was in Position-6, with an average of 6,73 dB at a rate of
75,6% when it was at the base level of the electronic heat sink. When the absorber belt
was positioned in Position-2 on the electronic heat sink, it increased the gain by directing
the radiation, providing an average gain of 4,92 dB at the rate of 89,81% in the far field
theta=90°.