İnhomojen yüklü metalik dalga kılavuzlarının propagasyon özellikleri
Propagation properties of inhomogeneously loaded metalic
Yazar: SERKAN ŞİMŞEK
Danışman: PROF. DR. ERCAN TOPUZ
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2003
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
INHOMO JEN YUKLU METALİK DALGA KILAVUZLARININ PROPAGASYON ÖZELLİKLERİ ÖZET Kısmen dielektrik yüklü dalga kılavuzları faz değiştiricileri ve empedans dönüştürücüleri gibi pek çok mikrodalga cihazlarında kullanılır. Dikdörtgen dalga kılavuzu inhomojen olarak dielektrik ortamla yüklendiğinde, sonuçta oluşan sınır değer problemi, sayısal olarak hesaplanması gereken transandantal özdeğer denklemlerine dönüşür. Bu çalışmada, dalga kılavuzunun alt kenarına dik yön boyunca yerleştirilmiş dielektrik tabaka ile yüklü dikdörtgen dalga kılavuzunu ele aldık (bakınız, şekil 1.1). Daha ötesi, dalga kılavuzunun yüklü olmayan kısımlarının sadece baskın TE10 modunun propagasyonunu sağlayacak şekilde boyutlandınldığım varsaydık. Bu koşullar altoda yüklü ve yüksüz kısmılarm her ikisinde sadece TEm0 modlarmı içeren mod uygunlaştırma tekniğini kullanmak yeterlidir. Standart mod uygunlaştırma yaklaşımmm aşamalarım izleyerek, ilk olarak yüklü ve yüksüz dalga kılavuzunda ortonormalize biçimde TEm0tipi modal alanları ifade ettik ve sonradan bu kısımlarda bilinmeyen açılım katsayıları ile modal gösterimlerde kullandık. Cihazın giriş ve çıkış jonksiyonlarmdaki sınır koşullarının uygulanması, problemi açılım katsayıları için sayısal olarak çözülebilen matris formuna indirger. Sayısal çözümler, işaret frekansı artırılırken birden fazla modun yüklü dalga ı kılavuzunda propagasyona başladığını gösterdi ve bu nedenle, bu modlar arasındaki] girişim yüzünden herhangi bir kesitteki alan dağılımı, eksenel yönde ilerledikçe hızlı|| || salınım yapan bir karakter göstermektedir. Yüksüz dalga kılavuzu kısımlarında ? sadece baskın TE10 modunun propagasyon yapabileceği hatırlanarak bu cihazın güı 3 transfer fonksiyonunun frekansın hızlı değişen bir fonksiyonu olabileceği sonuç çıkarırız. Sayısal sonuçlarımız bu beklentileri doğrulamaktadır ve kısmen dalga kılavuzu kısımları kullanılan yapıların çentik filtresi için uygul; bulabileceğini açıkça göstermektedir. Bu tezde, böyle yapıların frekansla davranSt ve bu davranışın çeşitli parametreler üzerindeki bağımlılığı incelenmektedir. & Matematiksel modelimiz ve sayısal çözümlerimizin doğruluğu, sonucumuzu özel durumdaki kapalı biçimdeki analitik çözümlerle ve aym zamanda deneylerle karşılaştırarak değerlendirildi.

Abstract:
PROPAGATION PROPERTIES OF INHOMOGENEOUSLY LOADED METALIC WAVEGUIDES SUMMARY Waveguides partially loaded with dielectrics are used in many microwave devices such as phase changers and impedance transformers. When a rectangular waveguide is inhomogeneously loaded with dielectric media the resulting boundary value problem yields transcendental eigenvalue equations which have to be evaluated numerically. In this study, we have considered a rectangular waveguide which is loaded with dielectric strate placed along a direction perpendicular under side of the waveguide (see Fig 1.1). Moreover we assumed that the unloaded waveguide sections are dimensioned in such a way as to support the propagation of the dominant TE10 mode only. Under these conditions it suffices to use a mode matching technique involving only the TEm0 type modes in both the loaded and unloaded sections. Following the steps of standard mode-matching approach we have first expressed the TEm0 type modal fields in loaded/unloaded waveguide sections in properly orthonormalized form and subsequently utilized modal representations with unknown expansion coefficients in these sections. The application of the boundary conditions at the input and output junctions of the device then reduces the problem into a matrix form which can be solved numerically for the expansion coefficients. The numerical solutions have shown that as the signal frequency is increased more than one mode starts to propagate in the loaded waveguide and hence due to interference between these modes the field distribution at any cross-section exhibits a rapidly oscillating character as one proceeds along the axial direction. Recalling that only the dominant (TE10) mode can propagate in the unloaded waveguide sections we deduce that the power transfer function of this device should also be a rapidly varying function of frequency. Our numerical results confirm these expectations and clearly show that structures utilizing sections of partially loaded waveguides can find application in microwave for notch filters, hi this thesis, the frequency behaviour of such structures and the dependence of this behaviour on several parameters is investigated. The acccuracy of our mathematical model and numerical solutions are assesed by comparing our result with closed form analytical solutions in special case, and also with experiments. XI