Elektromanyetik uyumluluk tekniklerinde elektromanyetik ışımanın modellenmesi
Modelling electromagnetic radiation with electromagnetic compatibility technics
Yazar: SİBEL GÜLER
Danışman: PROF. DR. ALİ OKTAY
Uludağ Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik uyumluluk = Electromagnetic compatibility ; Moment yöntemi = Moment method ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Elektronik sistemler tasarlanırken, elektromanyetik uyumluluk (EMC) yönergelerininve kısıtlamalarının göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Birçok EMC durumunda,zararın önlenmesi veya elektromanyetik korumanın saglanması için elektronik sistemler birkoruyucu kutu içine yerlestirilirler. Bu koruyucu kutu üzerinde, içerisindeki elemanlar ile dısortamda varolan alanlar arasında baglasmaya neden olan açıklıklar bulunmaktadır. Buaçıklıklar giris-çıkıs baglantıları, kontrol panelleri ve havalandırma gibi nedenlerden dolayızorunlu olarak açılmaktadır. Açıklıklardan içeriye giren alanlarla kutu içerisindeki bir PCB,devre vb. ile etkilesim gerçeklesir. Bu etkilesimin belirlenmesi için yapıdaki elektromanyetikalanların hesaplanması gerekir.Bu tez, bir açıklık vasıtasıyla yüksüz ve yüklü dikdörtgen kesitli bir rezonatörün içinesızan alanların, zaman domeni sonlu elemanlar yöntemi ve karma bir yöntem ilehesaplanmasını sunmaktadır. Bu karma modelde, sonlu elemanlar yöntemi (FEM) veMoment yöntemi (MoM) birlestirilerek kullanılmıstır. Bu sekildeki birlesme ile sayısal çözümuzayının daraltılması ve islem hacminin küçültülmesi amaçlanmıstır.Karma yöntemde rezonatörün üzerine açılmıs olan açıklıktaki alanı bulabilmek içinMoment yöntemi (MoM) kullanılmıstır. Açıklıktaki alan dagılımı Galerkin yöntemine uygunolarak açınım fonksiyonlarının bilinmeyen katsayılarla agırlıklandırılarak toplamındanolusmustur. MoM' da açıklıgın üzerindeki sınır kosulu kullanılarak bir integral denklemeulasılmıstır. Bu integral denklemi çözebilmek için açıklıktan dısa ve rezonatör içine ısıyanalanların bulunması zorunludur. Dıstaki alan serbest uzayın dyadik Green fonksiyonu ile eldeedilebilir. Rezonatör içindeki alanın hesabı için FEM kullanılmıstır.Konum ayrıklastırması her iki yöntemde de uzayın dörtyüzlülere bölünmesi ilegerçeklestirildi. Alan yaklasımları için, Whitney elemanı kullanılmıstır. Yöntemin uygulamasıaçıklıga sahip bir dikdörtgen kesitli bir rezonatör üzerinde yapılmıstır. Rezonatör bos ve doluiken rezonatörün içindeki elektromanyetik alan dagılımı elde edilmistir. Bu alanlardanekranlama etkinligi elde edilmistir. Bu karma yöntemle çözümde gereken bilinmeyensayısında bir azalma elde edildi. Böylece kullanılan hafıza ve islem zamanı azaltılmıs oldu.Bu karma yöntemin sayısal sonuçları, sonlu eleman yönteminin çözümüylekarsılastırıldıgında aralarında iyi bir uyum oldugu görülmüstür.Anahtar KelimelerElektromanyetik uyumluluk, elektrik alan dagılımı, zaman domeni sonlu elemanlar yöntemi,frekans domeni sonlu elemanlar- moment karma yöntemi, ekranlama etkinligi.

Abstract:
In designing electronic equipment, Electromagnetic Compatibility (EMC) directivesand constraints should be taken into account. In most situations, for an electromagneticenvironment, to prevent the devices from the hazardous emissions or to avoid fromdamages, electronic devices should be housed into shielding metallic enclosures. On thesurface of this shielding metallic enclosure, there may be apertures or slots which lead anelectromagnetic coupling between the circuits inside the enclosure and outside environment.This apertures and slots could exist for electrical cabling purposes, or cooling puposes, etc.,and they are mostly essential.In this thesis, for loaded and unloaded conditions, calculation of the fields leakingthrough the aperture inside a resonator with rectangular cross-section are performed usingTime Domain (FEM) and hybrid method. In this hybrid method, the Frequency Domain FiniteElement Method(FEM) and Moment Method are used in combination. The goal of thiscombination is to minimize the numerical solution space and process volume.In hybrid method, to find out the field on the aperture existing on the surface of theresonator, Moment Method(MoM) is used. The field distribution on the aperture, suitable forthe Galerkin Method, is formed by the weighted sum of basis functions with unknowncoefficients. By using the boundary condition on the aperture, an integral expression isreached. While the outer field can be calculated by the aim of Dyadic Green function, FEM isused to determine the inner field. The location discretization is realized by dividing the spaceinto tetrahedrals in both methods. For field approximations, the Whitney element is used. Themethod is applied to a resonator with rectangular cross-section with aperture. For the loadedand unloaded conditions, the electromagnetic field distributions in the resonator areachieved. From these fields, shielding effectiveness is determined. With this hybrid method,a remarkable reduction in unknown parameters is acquired. Consequently, the memory andprocess time for this operation are reduced. For this hybrid method solution, there is nodissonance in the results, when compared with the FEM results.Keywords:Electromagnetic Compatibility, Electrical Field Distribution, Time Domain FiniteElement Method, Frequency Domain Finite Element Method, FEM-MoM Hybrid Method,Shielding Effectiveness