Değişik kesitli eşdüzlemsel iletim hatlarının konformal dönüşüm tekniği kullanılarak analizi
Analysis of differring cross sectional coplanar transmission lines conformal trnsformation technique
Yazar: MEHMET DUYAR
Danışman: PROF. DR. MEHMET BAYRAK
Selçuk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2006
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Günümüzde kullanılan elektronik düzenekler, çok yüksek frekanslardaverimli bir şekilde çalışabilmektedir. Yüksek frekanslarda, işaretin doğruluğunukaybetmemek amacıyla devre elemanlarının birbirleri ile ve kullanılan iletim hattı iledoğru olarak birleştirilmesi zorunludur.Son zamanlarda, şerit ve mikroşerit yapılara ciddi bir alternatif oluşturaneşdüzlemli iletim hatları, çeşitli üretim yöntemleriyle uyumlu ve elektronikdüzeneklerle birlikte kullanılabilir olmalarından dolayı, milimetrik-dalga vemikrodalga entegre devre uygulamalarında yaygın bir şekilde kullanılmaktadırlar.Eşdüzlemli iletim hatları içerisinde en popüler olanları, CPW, CPS'ler ve CPW'lerinfarklı geometrideki kuplajlı konfigürasyonlarıdır.Günümüzde, uydu, mobil ve telsiz haberleşmeleri ile navigasyon ve benzerisistemlerde kullanılmak üzere, monte edileceği yüzeylere göre değişim gösterenfarklı kesitlere sahip iletim hatlarına ihtiyaç duyulmaktadır. Bu nedenle, söz konususistemler için düzlemsel kesitli iletim hatlarına ek olarak silindirik, eliptik ve yaykesitli iletim hatlarının tasarımları ve bunların CAD uyumlu analizlerinin doğru birşekilde gerçekleştirilmesi pratikte büyük önem taşımaktadır. Çünkü, MIC veMMIC'lerde, hassas olarak karakterize edilmiş düzeneklere ihtiyaç vardır.Yukarıda özet olarak verilen ihtiyaçlar doğrultusunda yapılan bu çalışmada,farklı geometrik kesitli eşdüzlemli iletim hatlarının tasarımları yapılmıştır. Tasarımıyapılan iletim hatlarının elektriksel karakteristikleri, quasi-statik yaklaşımı içerisindeKonformal Dönüşüm Tekniği kullanılarak CAD uyumlu analitik bağıntılar formundaelde edilmiştir.İlk olarak tasarımı yapılan iletim hatları; tam ekranlı kuplajlı CPW, tamekranlı geniş-yanlı kuplajlı CPW ile toprak düzlemlere dikey iletken ilaveli CPWyapılarıdır.İkinci olarak tasarımı gerçekleştirilen iletim hatları; sonlu yanal toprakdüzlemli kuplajlı CPW, eliptik kesitli kuplajlı CPW, sonlu yanal toprak düzlemlihattan hatta kuplajlı CPW ile eliptik ve silindirik kesitli hattan hatta kuplajlı CPWyapılarıdır.Üçüncü olarak tasarlanan iletim hatları; yay kesitli CPW, yay kesitli CPS ileyay kesitli iletken destekli CPW yapılarıdır.Dördüncü olarak tasarlanan iletim hattı; konvansiyonel CPW yapısına göredaha esnek bir geometriye sahip olan tam asimetrik CPW yapısıdır. Bu yapınınelektriksel karakteristikleri, iletken kayıplarını da kapsayacak şekilde elde edilmiştir.Son olarak tasarımı yapılan iletim hatları; eliptik ve silindirik kesitli CPW ileeliptik ve silindirik kesitli CPS yapılarıdır. Bu yapıların tasarımları sonlu iletkenkalınlıklı olarak yapılmış olup, yapıların elektriksel karakteristikleri iletkenkayıplarını da kapsayacak şekilde elde edilmiştir.Bu çalışmada tasarlanan eşdüzlemli yapıların elektriksel karakteristiklerinielde etmek için türetilen analitik bağıntıların geçerliliği, Sonnet simülasyonprogramı, yüksek doğruluk değerlerine sahip tam dalga analiz yöntemleri ve quasi-statik analiz yöntemleriyle karşılaştırma yapılarak kanıtlanmıştır.Anahtar Kelimeler: Eşdüzlemli İletim Hattı, Eşdüzlemli Dalga Kılavuzu,Eşdüzlemli Şerit Hat, Konformal Dönüşüm Tekniği, Mikrodalga Entegre Devre,CAD, MIC, MMIC.Bu doktora tez çalışması, 105.E.022 nolu TÜBİTAK Araştırma Projesitarafından desteklenmiştir.

Abstract:
The electronics systems used today can work efficiently at very highfrequencies. At higher frequencies, to obtain the appropriate transmission of thesignal, the circuit components employed in the system must be properly integratedeach other and an efficient transmission line must be employed.Recently, coplanar transmission lines have been widely used for both themillimetric-wave and the microwave integrated circuit applications. This is because,the coplanar transmission lines can appropriatelly be produced using differenttechniques in the practice. Also, They can easily be attached to the other relatedelectronic systems and their integration to the systems reflects a good alternative tothose of the strip and/or microstrip transmission lines. Most populer coplanartransmission lines used in practice are conventional CPW?s, CPS?s and CPW?shaving differring geometrical coupled configuration.To use in satellite, mobile, wireless communications as well as in navigationsand other similar systems; transmission lines with different cross sectionalconfigurations are needed for properly overlaping the related surface geometries.Thus, in addition to the above mentioned planar transmission lines; design and CADoriented analysis of cylindrical, elliptical and arc shaped transmission lines play alsoan important role in the practical applications. This is because MIC and MMICstructures need very sensitively characterized equipments.Therefore, the aim of this thesis was firstly to design transmission line havingdifferring geometrical cross sectional constructions, secondly to analys thememploying the Conformal Transformations Techniques in the form of CAD orientedanalytical expressions as mentioned above.In this thesis the following research works have been undertaken andreported;â¢ Completely Shielded Coupled CPW, Completely Shielded Broad-sideCoupled CPW and CPW with Vertical Conductors Added to Ground Planes typestructure were designed and analyzed.â¢ Coupled CPW with Finite Ground Planes, Elliptical Coupled CPW, Line-to-Line Coupled CPW with Finite Ground Planes and also Line-to-Line CoupledElliptical as well as cylindrical CPW?s were designed and analyzed.â¢ Arc-shaped CPW, Arc-sahaped CPS and also Arc-shaped Conductor-backed CPW structures were designed and analyzed.â¢ An asymmetrical CPW structure was designed and its electrical parametersincluding conductor losses were obtained.â¢ CPW and CPS structures both having elliptical and cylindrical crosssections were designed and their electrical parameters including conductor losseswere obtained.All the analytical expressions obtained in this thesis for the coplanartransmission lines in order to calculate their electrical parameters were truly verifiedby comparing the appropriate results obtained from those of the SONNET EMsimulation program, most commonly used Full-wave analysis method and the Quasi-static analysis methods, respectively.Key Words: Coplanar Transmission Line, Coplanar Waveguide, Coplanar Stripline,Conformal Transformation Technique, Microwave Integrated Circuits, CAD-oriented, MIC, MMIC.The research work undertaken in this thesis has been supported byTUBITAK Project number 105.E.022.