DALGA KLAVUZLARI VE İLETİM HATLARI

1. DALGA KLAVUZLARI VE İLETİM HATLARI Gizem KAHYA Mikrodalga Sistem Mühendisliği

2. İÇERİK 1.Dalga Kılavuzu Nedir? 2.Dikdörtgen Dalga Kılavuzları ve Oyuklar 3. Dairesel Dalga Kılavuzları ve Oyuklar 4.Kaybolan (Sönümlenen) Modlar 5.Düzlemsel İletim Hatları 6.Dağılmış Devreler

3. Dalga Kılavuzu • Dalga kılavuzları iletken borulardan oluşur ve yüksek frekanslarda düşük kayıpla yüksek güç iletilebilir. • Yüksek frekans uygulamalarda genellikle koaksiyelkablolar, mikroşerit hatlar ve ortaları boş dikdörtgen veya dairesel kesitli metalik dalga kılavuzları kullanılmaktadır. • Bu yapılardaki elektromanyetik dalgalara ait çözümleri elde etmek için verilen sınır koşullarında Maxwelleşitliklerinden türetilen dalga denklemlerinden yararlanılır. • Modlar, yayılan dalganın ve bileşenlerinin bulunup bulunmamasına göre sınıflandırılırlar. 3 çeşit dalga türü vardır. • TE veya TM biçimi dalgalarda belirli bir şekil tarif etmek için, iki alt rakam kullanılır. Bunlardan ilki geniş kenardaki yarım dalga değişimleri sayısını, ikincisi ise dar kenardaki dalga değişim sayısını gösterir.

4. Dalga Kılavuzu • Enine elektrik mod(TE): Elektrik alanın yayılım yönündeki bileşeni sıfır olur. Yani =0’dır. • Enine Manyetik mod(TM): Manyetik alanın yayılım yönündeki bileşeni sıfır olur. Yani =0 ‘dır. • Enine Elektromanyetik Dalgalara Ait Modlar (TEM) TEM modlarında, ne ne de mevcuttur. • Dalga kılavuzları içindeki çözümler sadece TE veya TM türü modlardan veya bu tür modların her ikisinden oluşabilir.

5. Dikdörtgen Dalga Kılavuzu • Oluşturulması en kolay yapıdır. • İyi güç kapasitesi ve düşük kayıp sağlarlar. • Sadece (TE) ve (TM) yayılması mümkündür. • Burada modu en küçük kesim frekansına sahiptir.Ve dominant mod olarak tanımlanır.Bununanlamımodundadalgahalazayıflamadanilerleyebilir. • Bu nedenlemodugenellikledikdörtgendalga kılavuzunadayalımikrodalgasistemtasarımındakullanılır.

7. Dikdörtgen Dalga Kılavuzu • Her iki mod için zayıflama sabitleri farklıdır. • modu için ; • modu için zayıflama sabiti;

8. Dikdörtgen Dalga Kılavuzunda Modlar

9. Dikdörtgen Oyuk • Şekilde uzunluğu d olan bir dikdörtgen oyuk görülmektedir. • Ana amaç rezonans hücresinde rezonans frekansını tanımlamaktır.

10. Dikdörtgen Oyuk • Bir ya da modu için, propagasyon sabiti ; • Elektrik alanınteğetsel bileşeni z=0 ve z=d de sıfıra eşittir. • Bu şartı ile sağlanır.

11. Dikdörtgen Oyuk • ’ın bu değeri için, oyuğun rezonans frekansı; • modu olduğu zaman en düşük rezonans frekansını sağlayabilir. • En düşük rezonans modumodudur.

12. DAİRESEL DALGA KILAVUZU parametresi, Bessel fonksiyonu n’inci dereceden, m‘inci köküdür ve Bessel fonksiyonu n’inci dereceden türevinin, m‘inci köküdür. • Dairesel kesitli, a yarıçaplı bir dalga kılavuzu şekilde gösterilmektedir. İlk birkaç adet ve modu için ve değerleri tabloda listelenmektedir. Tabloda en küçük değer modu için meydana gelen,1.841 dir. modu bu yüzden dairesel bir dalga kılavuzunda ana moddur ancak frekans ile zayıflamaları azaltmak için genelliklemodları tercih edilir

13. DAİRESEL DALGA KILAVUZU • Dairesel dalga kılavuzunda ve TM modu için zayıflama sabitleri ve aşağıdaki gibidir:

14. Dairesel Dalga Kılavuzunda Modlar

15. Dairesel Oyuk TE ve TM modlarında bir dairesel oyukta rezonans frekansları aynı değildir. • Şekilde a yarıçapı ve d uzunluğu dairesel dalga bir kılavuzunun bir kısmıdır. Bir modunun rezonans frekansı şu şekilde verilir: modunun rezonans frekansı ise şu denklem ile hesaplanabilir:

16. Dairesel Oyuk • Önemli olan dairesel oyuğun yüksüz Q faktörüdür. Q faktörü yapıda ne kadar enerji kaybı olduğu hakkında fikir verir. • Açıkça, yüksek Q değeri sağlayan yapı aranır. • Dairesel bir oyuğun bir modu için kalite faktörü aşağıdaki gibi verilir. Dairesel bir oyuğun bir modu için kalite faktörü aşağıdaki gibi verilir.

17. Dairesel Oyuk • ‘in kalite faktörü, rezonans modundan daha büyüktür. Bu durum ‘in diğer bir tercih sebebidir. • Genellikle rezonans modu dairesel dalga kılavuzu ile sık kullanılmaz.

18. Sönümlenen Modlar • TM modunda belirli bir frekansın altındaki modlar artık dalga şeklinde yayılamazlar, yani bu modlar z-yönünde zayıflatılır. Kesim frekansı fc den düşük frekanstaki modlara kaybolan (sönümlenen) modlar denir. • ‘den dolayı dalga kılavuzunda bazı uzaklıklardan sonra yayılma sabiti kaybolur. Bu durum miktarının negatif olduğu durumda meydana gelir. Bu özellikler dalga kılavuzunda yüksek dereceli modlarıortadan kaldırmak için kullanılır. Bu nedenle sistemde sadece temel mod yayılır. • Bu işlem verilen frekans için dalga kılavuzunun boyutunun azalmasındaki sınırlamayı belirlemede etkilidir. Çünkü kesim frekansı dalga kılavuzunun verilen kesim boyutları ile ters orantılıdır.

19. Düzlemsel İletim Hatları • mikrodalga filtreler için kullanışlı bir iletim ortamı sağlar. • Bağıl dielektrik katsayısı arttıkça, karakteristik empedans azalır. En büyük karakteristik empedans, bağıl dielektrik sabiti havanın dielektrik sabiti olduğunda elde edilebilinir.

20. Durdurulmuş AlttaşŞerithatSuspendedsubstratestripline • Bu özelliği kullanan bir yapı olan durdurulmuş (suspended) alttaşşerithat (SSS) gösterilmektedir. İletim hattı h kalınlığında bir ince alttaşın üstünde yerleşmiş durumdadır. Alttaş ve iletim hattı bir gövde iletken içine alınmış durumdadır.

21. Dağıtık Devreler • Bu teori eşit uzunluklu iletim hatlarından oluşan sistemlere dayanır. Toplu devre teorisinin sonuçları Richards dönüşümü kullanılması sayesinde dağıtık devrelere uygulanabilir. • Bir birim eleman ’ye bağlandığı zaman, giriş empedansı dağıtık alanda; • t değişkeninin alanı, dağıtık alan olarak tanımlanır. Dağıtık devrelerde temel eleman iletim hattının uzunluğudur olan ‘dır. Bir iletim hattının karakteristik empedansı ya da admitansı ‘ye bağlı olarak ABCD matrisi ile dağıtık alanda şöyle ifade edilir.

22. ABCD matrisleri tarafından tanımlanan birim eleman; • θ=Π/2 özel durumu için matris yeniden indirgenmiş olarak şu şekilde yazılır;

23. Empedans çevirici elde etmenin diğer bir yolu; Admitans çevirici elde etmenin diğer bir yolu; • Paralel bir reaktans aracılığıyla ayrılmış, uzunluğu olan iki iletim hattı kullanmaktır.

25. KAYNAKLAR • ADVANCED DESIGN TECHNIQUES AND REALIZATIONS OF MICROWAVE AND RF FILTERS • aakbal-hhbalik.pdf • Bingül YAZGAN-İTÜ-MİKRODALGA TEKNİĞİ