Geri Dön

Metamalzemelerden esinlenilmiş rezonatör tabanlı mikrodalga dielektrik sensörü tasarımı ve uygulamaları

Metamaterial-inspired resonator-based microwave dielectric sensor design and application

PDF İndir

  1. Tez No: 781021
  2. Yazar: KURTAY ALP
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. FULYA BAĞCI
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Ankara Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 70

Özet

Malzemelerin dielektrik sabitlerinin deneysel yöntemlerle tespitinin havacılık, ziraat, savunma sanayi, biyomedikal gibi pek çok alanda uygulaması bulunmaktadır. Bu tez çalıĢmasında sıvı ve katı numunelerin dielektrik sabitlerini mikrodalga frekanslarda rezonans özelliklerin değiĢiminden algılamaya yönelik iki farklı dielektrik sensör geliĢtirilmiĢtir. Etanol/1-pentanol homojen karıĢımlarının konsantrasyonlarının ve dielektrik sabitlerinin belirlenmesine yönelik geliĢtirilen sensör öncelikle ticari bir tam-dalga elektromanyetik simülasyon programı kullanılarak tasarlanmıĢ ve baskı devre yöntemi ile ürettirilmiĢtir. Farklı konsantrasyonlar için WR-229 mikrodalga dalga kılavuzu ortamında ağ analizörü aracılığı ile iletim ve yansıma spektrumları ölçülmüĢtür. Ġki farklı rezonans için, rezonans frekansının ve yansıma katsayısının büyüklüğünün değiĢimleri ile dielektrik sabitindeki değiĢimler arasında birinci dereceden matematiksel bir model kurulmuĢtur. Bu modele göre farklı konsantrasyonlardaki etanol/1-pentanol karıĢımlarının dielektrik sabitlerinin gerçel ve sanal kısımları belirlenmiĢtir. Belirlenen değerlerin literatürde sunulan deneysel veriler ile uyumlu olduğu görülmüĢtür. Birinci ve ikinci bantlar için duyarlılık 10,4 MHz and 25,5 MHz olarak elde edilmiĢtir. Ġkinci olarak, ön yüzünde mikroĢerit hat, arka yüzünde diĢli kapasitör tabanlı kusurlu toprak düzlemi içeren, 0-5,0 GHz frekans aralığında iki bantlı bir dielektrik sensör tasarlanmıĢtır. Tasarlanan sensör baskı devre yöntemi ile ürettilmiĢtir. Numunesiz sensörün ve dielektrik sabiti bilinen teflon ve FR4 alttaĢın rezonans tepkisi kullanılarak, iki iletim bandı için ayrı ayrı olarak dielektrik sabitleri ile rezonans frekanslar arasında ikinci dereceden polinomiyel eĢitlikler oluĢturulmuĢtur. Kusurlu toprak düzlemi üzerine 1,0 mm kalınlıkta teflon, tahta, polikarbonat, pleksicam ve kauçuk test numuneleri yerleĢtirilerek iletim spektrumları ölçülmüĢtür. Ölçülen iletim rezonansları, oluĢturulan polinomiyel eĢitliklerde kullanılarak katı numunelerin dielektrik sabiti değerleri elde edilmiĢtir. Bu değerler literatürde sunulan değerler ile karĢılaĢtırılmıĢ, sensör duyarlılığı belirlenmiĢtir.

Özet (Çeviri)

Determination of the dielectric constants of materials have applications in many areas, such as aerospace, agriculture, defense industry, biomedical, in practice. In this thesis, two different dielectric sensors have been developed to detect the dielectric constants of liquid and solid samples from the change of resonance properties at microwave frequencies. The sensor developed for the determination of concentrations and dielectric constants of homogeneous mixtures of ethanol/1-pentanol was first designed using a commercial full-wave electromagnetic simulation program and fabricated by the printed circuit method. Transmission and reflection spectra of different concentrations are measured in the WR-229 microwave waveguide environment by means of a network analyzer. For two different resonances, a first-order mathematical model is established between the changes in the resonance frequency and the magnitude of the reflection coefficient and the variation in the dielectric constant. According to this model, the real and imaginary parts of the dielectric constants of ethanol/1-pentanol mixtures at different concentrations are determined. It is seen that the determined values are compatible with the experimental data presented in the literature. The sensitivity for the first and second bands was obtained as 10.4 MHz and 25.5 MHz. Secondly, a dual-band dielectric sensor in the 0-5 GHz frequency range is designed, which has a microstrip line on the front and an interdigital capacitor-based defected ground plane on the back side. The designed sensor is fabricated with the printed circuit method. Using the resonance response of the empty sensor and sensor with teflon and FR-4 test samples with known dielectric constant, second-order polynomial equations between the dielectric constants and the resonance frequencies for the two transmission bands have been separately established. Transmission spectra are measured by placing teflon, wood, polycarbonate, plexiglass and rubber test samples with1 mm thickness on the defected ground plane. The dielectric constant values of the solid samples are obtained by using the measured transmission resonances in the generated polynomial equations. These values are compared with the values presented in the literature and the sensor sensitivity is determined.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    546358

    Design and realization of a broad band antenna loaded with a metamaterial-inspired lens for subsurface microwave imaging applications

    Metamalzemelerden esinlenilmiş lens destekli geniş bantlı bir antenin tasarımı, gerçeklenmesi ve yeraltı mikrodalga görüntüleme uygulamalarında kullanımı

    ÖMER YEŞİLYURT

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÖNÜL SAYAN

  2. Tez No

    488478

    Mikrodalga ve terahertz bölgesinde anten, yapay manyetik iletken ve enerji hasatına yönelik metamalzemelerin tasarım, üretim ve ölçümü

    Design, fabrication and measurement of metamaterials for the application areas of antennas, artificial magnetic conductor, and energy harvesting in microwave and terahertz region

    SULTAN CAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ASIM EGEMEN YILMAZ

  3. Tez No

    694571

    A novel design reconfigurable antenna based on the metamaterial for wearable applications.

    Giyilebilir uygulamalar için meta malzemeye dayalı yeni bir tasarım yeniden yapılandırılabilir anten.

    MOHAIMEN QAHTAN AL-GBURI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Mühendislik BilimleriAltınbaş Üniversitesi

    Elektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMAD ILYAS

  4. Tez No

    337937

    Investigation of propagation characteristics of a composite material composed of a bianisotropic metamaterial and an isotropic conventional material

    İzotropik konvensiyonel bir malzeme ile bianizotropik bir metamalzemeden oluşan kompozit bir yapının yayılım karakteristiğinin analizi

    MUSA BUTE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2013

    Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGaziantep Üniversitesi

    Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

    DOÇ. DR. UĞUR CEM HASAR

  5. Tez No

    216691

    Characterization and applications of negative-index metamaterials

    Negatif indisli metamalzemelerin karakterizasyonu ve uygulamaları

    KORAY AYDIN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2008

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EKMEL ÖZBAY

Geri Dön