Mikrodalga frekansı bölgesinde örgü ve dokuma kumaşların ekranlama etkinliğinin deneysel olarak incelenmesi
Experimental investigation of shielding effectiveness of knitted and woven fabrics in microwave frequency range
Yazar: FİDAN GAMZE KIZILÇAY ABDULLA
Danışman: PROF. DR. MUSTAFA MERDAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik alanlar = Electromagnetic fields ; Elektromanyetik ekranlama = Electromagnetic shielding ; Mikrodalga frekans = microwave frequence

Özet:
Bu tez çalışmasında 750 – 2000MHz frekans bandında elektromanyetik dalgaların şiddetini azaltmak için ekran malzemesi üretilmiş ve ekranlama etkinliği deneyleri yapılmıştır. Deneylerde bakır, gümüş ve paslanmaz çelik fiber içeren örme ve dokuma kumaşlar ve farklı desenlerde metal ağ modeli kullanılmıştır.  Örme kumaş türleri ribana ve süprem iken, dokuma kumaş türü olarak bezayağı seçilmiştir. Ekranlama etkinliği sonuçlarının kumaşlarla karşılaştırılması amaçlanan metal ağ modelleri ise ızgara ve karo tipi desene sahip modellerdir.
Deneyler Mil-Std-285 standardlarında bir düzenekte sinyal jeneratörü, spektrum analizörü, alıcı ve verici antenler ve kablo ve adaptörlerinden faydalanılarak yapılmıştır. Antenlerin konumu uzak alan bölgesi hesaplamalarına göre ayarlanmış ve düzenek içindeki 20x20cm boyutlarında boşluk içinden, ekran malzemesi konulmadan, haberleşmesi sağlanarak spektrum analizörü tarafından okunan değerler referans değerleri olarak kabul edilmiştir. Ardından boşluğa ekran malzemesi konarak yapılan deney sonuçlarından elde edilen değerler referans değerleri göz önünde bulundurularak ekran malzemesinin EE çıkarılmıştır.
Deney için toplam 10 adet numune üretilmiştir. Bunlar 50µm çapında bakır, gümüş ve paslanmaz çelik özlü riban ve süprem kumaşları, 50µm ve 200µm bakır özlü bezayağı dokuma kumaşları ve 200µm bakır fiberle hazırlanmış ızgara ve karo metal ağ modelleridir.
Deney sonuçları çizelge ve grafiklerle gösterilmiştir. Tekil frekans değerlerine karşılık gelen EE değerlerinin yanısıra frekans bölgelerini değerlendirmek amacı ile sonuçlar Matlab'de eğri uydurma yöntemi ile grafikteki değerler arasında yumuşak geçişler sağlanmıştır. 
Malzemelerin EE değerleri kaşılaştırılmış ve en iyi sonucu 50µm bakır özlü bezayağı dokuma kumaşının verdiği görülmüştür. Bu numune hem 950 – 1150MHz hem de 1650 – 1900MHz frekans bölgesinde en yüksek değerleri vermiştir. En yüksek EE değerleri 21 – 30dB arasındadır. Dokuma 50µm'e en yakın EE sonucunu ise ızgara metal ağ 950 – 1150MHz bölgesinde 22 – 28dB'lik değerlerle vermiştir. Dokuma 200 µm ve karo desen metal ağ 15 – 25dB'lik sonuçları ile benzer grafik üretmişlerdir. Ribana ve süprem örme kumaşlardan tüm malzemeler için en kötü EE sonuçları elde edilmiştir. Örme kumaşlar arasında bakır özlü süprem kumaş en iyi sonucu vermiştir.
Fiber çapındaki kalınlığın artması EE'ni düşürmektedir. Örme kumaşlar için bakır, gümüş ve paslanmaz çelik malzemeleri arasında belirgin bir farkın olmadığı tespit edilmiştir. Bezayağı dokuma kumaşının üretimi ribana ve süprem örme kumaşlarınkinden zor fakat EE değerlerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Bezayağı ve ızgara modelinin iyi EE verdiği dolayısı ile ekran malzemesi olarak tercih edilebileceği kanaatine varılmıştır.

Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik alanlar, ekranlama etkinliği, mikrodalga frekansı, örgü ve dokuma kumaşı, ızgara ve karo metal ağ.

Abstract:
In this study, shielding materials were produced in order to screen EM waves, and shielding effectiveness experiments were performed in 750 – 2000MHz frequency range. In experiments copper, silver and stainless steel fibers containing knitted and weave fabrics, metal mesh models with different patterns were tested. Knitted fabric types were selected as rib and weft knitted whereas weave fabric was plain. The mesh models of which the SE results was aimed to be compared to fabrics, were rectangular and diamond metal meshes.
By referring to Mil-Std-285 standard, the experiments were performed with a setup. Devices included were signal generator, spectrum analyser, 2 antennas, cables and adaptors. The locations of antennas inside the setup was determined with the help of far field region calculations. The initial readings got from the spectrum analyser were the values transmitted from by one antenna to another one from a 20x20cm hole in the mid of the experiment setup. These values regarded as reference points. Afterwards, the shielding materials were installed to the hole and considering reference values SE readings were obtained.
A total of 10 samples were fabricated for the tests. These are copper, silver and stainless steel filled rib and weft knitted fabrics with 50µm diameter, 50µm and 200µm copper filled plain weave fabrics and rectangular, diamond metal mesh models with 200µm copper fiber. Test results were shown in tables and graphics. Every SE value was obtained by loading every single frequency value to the system. In addition, to evaluate frequency ranges the SE values of samples were smoothed with help of curve fitting method in Matlab. 
The SE values of samples had been compared to each other. As result, 50µm copper core yarn plain wave was the best shielding material. This material gave the highest values in the frequency range of 950 – 1150MHz and 1650 – 1900MHz with 21 – 30dB SE. Having SE of 22 – 28dB rectangular metal mesh was close to plain 50µm in 950 – 1150MHz range. Plain weave 200µm and diamond patterned metal mesh was able to shield about 15 – 25dB. The worst SE values obtained from the both rib and weft knitted fabrics. Among knitted fabrics, the best results were obtained from copper core yarn weft knitted fabric.
An increase in fiber's diameter, decreases the SE. For knitted fabrics there was no significant differences in SE with the change of filling materials copper, silver and stainless steel. It was seen that, fabricating plain weave fabrics tougher than that of rib and weft knitted fabrics, but the SE values of plain weave fabrics are higher. Plain weave and rectangular mesh model had the higher SE, therefore it was concluded that they may be preferred as shielding materials.

Keywords: Electromagnetic fields, shielding effectiveness, microwave frequency, knitted and woven fabric, rectangular and diamond metal mesh.