Ka bant yüksek güçlü alt bileşen tasarımı
Ka band high power sub component design
Yazar: YAKUP COŞKUN
Danışman: DOÇ. DR. HAMİD TORPİ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektronik haberleşme = Electronic communication

Özet:
Günümüzde gelişen teknolojik koşullar mikrodalga sistemlerin birçok alanda vazgeçilmez bir bileşen olmasını sağlamıştır. Haberleşme, radar, tıbbi görüntüleme ve endüstriyel uygulamaların yanı sıra mikrodalga fırınlarla beraber tüketici elektroniği uygulamaları da mikrodalga sistemlerin çalışma alanına girmiştir. Bununla beraber içten yanmalı motorlarda emisyonu düşük çevreci yakıtların kullanılması söz konusu olduğunda gereksinim duyulan yenilikçi ateşleme/destek sistemleri mikrodalga çalışmaları için yeni bir alanı teşkil etmektedir. Mikrodalga ateşleme/destek sistemleri diğer birçok sistemde olduğu gibi farklı alt bileşenlere gereksinim duyarlar. Bu tez çalışmasında mikrodalga ateşleme/destek sistemlerinin temel alt bileşenleri olan magnetron ve yönlü kuplörün benzetim ortamında tasarımı ve analizi hedeflenmiştir. Çalışma bandı olarak minimalist boyutlara imkân sağlayan ka bant (26.5 - 40 GHz) seçilmiştir. Magnetron çalışmalarında yüksek frekans magnetron tasarımlarında karşılaşılan güçlüklerin üstesinden gelmek için alternatif bir yöntem olan SHM (uzamsal harmonik magnetron) kullanılmıştır. Çalışmalarda giriş koşulları değiştirilerek çıkış gücü ve verim üzerindeki etkileri incelenmiş, tasarım sonucunda π/2 modda çalışan 32.35 GHz frekansa sahip magnetronun farklı güç değerleri elde edilmiştir. Yönlü kuplör tasarımında tam bant ihtiyacının karşılanması doğrultusunda çok açıklıklı yönlü küplör mimarisi yöntem alarak benimsenmiş bağlaşım alanı uzunluğu λg'den daha kısa tutularak kompakt bir yapıda elde edilmesi amaçlanmıştır. Son aşamada elde edilen 16.5 kW magnetron ve 20dB yönlü kuplör benzetim ortamında tümleşik hale getirilerek tasarım sonlandırılmış ve tümleşik yapının analizi yapılmıştır.
Benzetim ve optimizasyonda CST (Computer Simulation Technology) programı kullanılırken hesaplamalarda MATLAB (Matrix Laboratory) tercih edilmiştir.

Abstract:
Today's technological developments have made microwave systems an indispensable component in many fields. Communication, radar, medical imaging, industrial applications, and consumer electronics applications are the main examples of these systems. In addition, the innovative ignition/support systems required for the use of low-emission environmentally friendly fuels in internal combustion engines create a new field for microwave studies. In this thesis, the magnetron and directional coupler, which are the main sub-components of microwave ignition/support systems, were designed and analyzed in a simulation environment.
Ka-band (26.5-40 GHz), which allows minimalist dimensions, was chosen as the operating band. In magnetron studies, SHM (spatial harmonic magnetron), an alternative method to overcome the difficulties encountered in high frequency magnetron designs, was used. In the studies, the effects of varying input conditions on output power and efficiency were investigated. As a result of the design, magnetrons operating in the π/2 mode at a frequency of 32.35 GHz were obtained with different power values. In order to meet the full band requirement in the directional coupler design, a multi-aperture directional coupler architecture is chosen and the coupling area length is kept shorter than λg to achieve a compact structure. In the last stage, the 16.5 kW magnetron and 20dB directional coupler were integrated into the simulation environment the design was finalized and the integrated structure was analyzed.
CST (Computer Simulation Technology) program was used for simulation and optimization and MATLAB (Matrix Laboratory) was used for calculations.