Bazı mikrodalga manyetik malzemelerin karmaşık manyetik geçirgenliklerinin R-bant dikdörtgen kesitli rezonatör ile incelenmesi
Investigation of the complex permeability of some microwave magnetic materials with R-band rectangular section resonator
Yazar: FURKAN ALPER
Danışman: PROF. DR. ALP ORAL SALMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Elektromanyetik yapıların analiz ve benzetimlerinde, ortamın elektromanyetik
parametreleri olan ε elektrik geçirgenliği, µ manyetik geçirgenliği ve σ (elektrik)
iletkenliği değerlerinin bilinmesi gerekir. Radar ve anten tasarımı gibi daha birçok
tasarımın analitik hesabında kullanılan bu elektromanyetik parametrelerin
belirlenmesinde birçok yöntem bulunmaktadır.
Bu tez çalışması ile mikrodalga teknolojisinde kullanılan birkaç manyetik malzemenin
elektromanyetik özelliklerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Aynı zamanda, daha önceden
laboratuvarımızda yapılmış olan bir başka tezdeki sonuçlara göre, dielektrikler için daha
uygun bir geometrinin seçilmesiyle ve bunları daha doğru konumlara yerleştirilmesiyle
daha hassas sonuçların elde edilmesine de çalışılmıştır. Tezde, elektromanyetik
özellikleri belirlemede kullanılan yöntemler açıklanmış ve R-bant (1.7 - 2.6 GHz) boşluk
rezonatöründe dielektrik ve manyetik malzemelerin hem deneysel ölçümü hemde
benzetimlerini yapılmıştır. Deney ve benzetimler sonucunda elde edilen S21 eğrilerini
malzeme sarsımı (pertürbasyonu) yöntemi ile hesap edilmiştir. Bu hesaplama işleminin
otomatik ve hızlı bir şekilde yapılabilmesi için daha önceden laboratuvarımızda
(MİLTEK, Milimetre Dalga, Elektromanyetik ve Güvenlik Teknolojileri Lab.) yapılmış
bir tezde oluşturulmuş olan bir MATLAB kodu, manyetik malzemelerin elektromanyetik
özelliklerinin hesaplamasını da içerecek şekilde revize edilmiştir. Ölçümler ve
benzetimler esnasında manyetik malzemeler olarak hem iyi birer dielektrik hem de
manyetik olan ve aynı zamanda az kayıplı olmalarından dolayı NiFe2O4, NiZnFe2O4,
LiZnFe2O3 gibi ferit malzemeler tercih edilmiştir. Dielektrik malzemeler için ise birçok
mikrodalga uygulamasında yaygın olarak kullanılan teflon, kestamit, poietilen, polyamit
gibi malzemeler kullanılmıştır. Buradaki diğer bir amaç ise ölçümlerde malzeme
geometrilerinin uygun seçilmesiyle daha hassas sonuçların elde edilmesidir. Deney
sonuçları ile CST Studio ile oluşturulan benzetim sonuçları, literatürdeki sonuçlar ile
karşılatırılarak hata oranları tespit edilmiş ve sonuçlar tartışılmıştır.

Abstract:
In the analysis and simulations of electromagnetic structures, the electromagnetic
parameters of the environment, ε electrical permeability, µ magnetic permeability and σ
(electrical) conductivity values should be known. There are many methods to determine
these electromagnetic parameters that are used in the analytical calculation of many other
designs such as radar and antenna design. With these methods, electromagnetic
parameters of dielectric and magnetic materials are determined.
In this study, it is aimed to determine the electromagnetic properties of several magnetic
materials used in microwave technology. At the same time, an attempt was made to obtain
more precise results by choosing a more suitable geometry for the dielectrics and placing
them in more accurate positions, compared to the results in another thesis previously done
in our laboratory. In this thesis, the methods used to determine the electromagnetic
properties are explained and both experimental measurements and simulations of
dielectric and magnetic materials are made in an R-band (1.7 - 2.6 GHz) cavity resonator.
The S21 curves obtained as a result of the experiments and simulations were calculated by
the material perturbation method. In order to make this calculation process automatic and
fast, a MATLAB code that was created in a thesis made in our laboratory (MILTEK,
Millimeter Wave, Electromagnetic and Security Technologies Lab.) has been revised to
include the calculation of electromagnetic properties of magnetic materials. During the
measurements and simulations, ferrite materials such as NiFe2O4, NiZnFe2O4, and
LiZnFe2O3 were preffered as magnetic materials, which have both good dielectric and
magnetic structures and also have low losses. For dielectric materials, materials such as
Teflon, chestnut, polyethylene, polyamide, which are widely used in many microwave
applications, are used. Another aim here is to obtain more precise results by choosing the
material geometries appropriately in the measurements. The experimental results and the
simulation results created with CST Studio were compared with the results in the
literature, and the error rates were determined and the results were discussed.