Düzlemsel baskı devrelerde desen tasarımına dayalı manyetik alan analizi
Magnetic field analysis based on pattern design in planar printed circuits
- Tez No: 961754
- Danışmanlar: DOÇ. DR. SERKAN KURT
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Aviyonik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Aviyonik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 86
Özet
Üzerinden akım geçen her iletken maddenin çevresinde, akımın yönüne, şiddetine ve frekansına bağlı olarak değişen bir manyetik alan meydana gelir. Eğer akım doğru akım (DA) ise bu manyetik alan sabit bir yapı olurken, alternatif akım (AA) söz konusu olduğunda manyetik alan zamana bağlı olarak değişim gösterir. Ayrıca, kaynaktan uzaklaştıkça alanın şiddeti azalma eğilimindedir; dolayısıyla manyetik alan şiddeti akım ile doğru orantılıyken, uzaklıkla ters orantılıdır. İletken yolun geometrisi karmaşıklaştıkça, ortaya çıkan manyetik alanın geometrik yapısı da aynı ölçüde karmaşıklaşmaktadır. Farklı iletken şekilleri tasarlamak ve bu şekillerin yeterince küçük olmasını sağlamak ve belli bir düzende tasarlayabilmek için bu tasarımları baskı devre kartları (PCB) üzerinde tasarlanmasına karar verilmiştir. PCB'ler hem tasarımların daha dayanıklı olmasını hem de belli bir standart üzerinde ilerlenilmesini sağlamaktadır. Birbirinden farklı dört adet desen tasarımı yapılmıştır. Bu sayede olabildiğince farklı geometrilerde ve doğrultuda manyetik alanlar oluşturulması amaçlanmıştır. Desen tasarımları yapılırken manyetik alanların üç farklı eksende oluşacağı düşünülerek ilerlenilmiştir. Bu tez çalışması kapsamında üretilen ilk PCB'de bulunan ilk desen yalnızca kartın tek yüzeyinde yer alan ve birbirine paralel doğrultuda ilerleyen doğrusal iletken hatlardan oluşan bir yapıdır. Bu desende hatlara aynı yönde ve farklı yönlerde akımlar uygulanmıştır. Bunun sonucunda aynı yönde akım uygulandığında kartın etrafını saran bütünleşik bir manyetik alan görülmüştür. Zıt yönlü akımlar akıtıldığında ise birbirine zıt şekilde oluşan manyetik alanların birbirlerini soğurduğu gözlemlenmiştir. Tasarlanan ikinci desende ise birinci yapıya ilave olarak kartın alt yüzeyinde de üst yüzeye dik doğrultuda yer alan hatlar oluşturulmuştur. Böylece iki katmanlı ve birbirine dik doğrultularda akan akımların etkileşimi incelenmiştir. Bu yapı simülasyon ortamına aktarıldığında, alt ve üst yüzeydeki hatların oluşturduğu manyetik alanların birleşerek, yüzeye 45 derecelik bir açıyla yönelen bir alan çizgisi oluşturduğu görülmüştür. Bu durum, belirli varyasyonlarla her açıya yönlenebilen manyetik alanların üretilebileceğini göstermektedir. Akım yönleri ve büyüklükleri üzerinde yapılan değişikliklerle, oluşan manyetik alanın açısal yönü aktif biçimde kontrol edilebilmektedir. Tasarlanan üçüncü desen ise, PCB üzerine dik olarak yerleştirilmiş paralel/seri bobin yapılarını içermektedir. Bu modelde, katmanlar arası bağlantı için via adı verilen geçiş yapıları kullanılmıştır. Tasarlanan son desen yapısında ise kart üzerine farklı geometrik formlarda sarmal yapılar yerleştirilmiştir. Her geometrinin yüzey alanı kullanımı ve manyetik alan üretme kapasitesi farklıdır. Simülasyonlar dairesel yapı ve altıgen yapısı tercih edilmiştir. Bu sarmal desenlerin simülasyonlarında, kartın merkezinde dik bir biçimde oluşan manyetik alanın kenarlara doğru yönelerek dairesel bir dağılım gösterdiği görülmüştür. Ancak bu modeldeki birim boyutlarının büyük olması sebebiyle, hatlar arası etkileşim daha sınırlı düzeyde kalmıştır. Yani manyetik alanların birleşme etkisi, daha küçük ve sıkı yerleştirilmiş hatlara göre daha zayıf olmuştur. Bu değerlendirmeler doğrultusunda, kullanım senaryosuna göre en uygun desen tipi seçilebilmektedir. Özellikle manyetik alanın yönü, yayılımı ve şiddeti gibi özelliklerin kontrol edilebildiği bu tarz sistemlerin, sağlık teknolojilerinde hedef cihazın vücut içi yönlendirimi, üretim sistemlerinde paketlerin tesis içi taşınması, eğlence sektöründe aktif yüzey tasarımlarında ve hatta savunma sanayinde aktif görünmezlik yüzeyleri gibi kullanım alanları bulabileceği sonucuna ulaşılmıştır.
Özet (Çeviri)
A magnetic field is generated around every conductive material carrying current, and this field varies depending on the direction, intensity, and frequency of the current. If the current is direct current (DC), the magnetic field has a constant structure, whereas in the case of alternating current (AC), the magnetic field varies over time. Furthermore, the intensity of the field tends to decrease with increasing distance from the source; therefore, while the magnetic field intensity is directly proportional to the current, it is inversely proportional to the distance. As the geometry of the conductive path becomes more complex, the geometric structure of the resulting magnetic field also becomes equally complex. To design different conductor shapes, ensure they are sufficiently small, and arrange them in a specific pattern, it was decided to implement these designs on printed circuit boards (PCBs). PCBs ensure both greater durability of the designs and progress in accordance with a certain standard. Four different pattern designs have been created. In this way, it was aimed to generate magnetic fields in as many different geometries and directions as possible. While designing the patterns, it was considered that magnetic fields would be formed along three different axes. The first pattern on the first PCB produced within the scope of this thesis study consists of linear conductive tracks placed only on one surface of the board and running in parallel directions. In this pattern, currents were applied in the same and opposite directions through the tracks. As a result, when current was applied in the same direction, a unified magnetic field surrounding the board was observed. When currents were applied in opposite directions, it was observed that the oppositely formed magnetic fields canceled each other out. In the second pattern, in addition to the first structure, tracks were also created on the bottom surface of the board, oriented perpendicular to the top surface. Thus, the interaction of currents flowing in two layers and in perpendicular directions was examined. When this structure was transferred to the simulation environment, it was observed that the magnetic fields generated by the tracks on the top and bottom surfaces merged to form a field line directed at a 45-degree angle to the surface. This shows that magnetic fields that can be directed at any angle can be generated with certain variations. By changing the directions and magnitudes of the currents, the angular direction of the resulting magnetic field can be actively controlled. The third pattern includes parallel/series coil structures placed perpendicularly on the PCB. In this model, structures called vias were used for interlayer connections. In the final pattern design, spiral structures in different geometric forms were placed on the board. Each geometry has different surface area usage and magnetic field generation capacity. Circular and hexagonal structures were preferred for the simulations. In the simulations of these spiral patterns, it was observed that the magnetic field formed vertically at the center of the board and showed a circular distribution toward the edges. However, due to the large unit dimensions in this model, the interaction between tracks remained at a more limited level. In other words, the merging effect of the magnetic fields was weaker compared to smaller and more tightly placed tracks. In light of these evaluations, the most suitable pattern type can be selected according to the usage scenario. It has been concluded that such systems, in which features such as the direction, distribution, and intensity of the magnetic field can be controlled, may find applications in medical technologies for the in-body guidance of target devices, in production systems for the internal transport of packages within facilities, in the entertainment sector for active surface designs, and even in the defense industry for active invisibility surfaces.
Benzer Tezler
- Birinci metatarsofalanks ekleminin birleştirilmesinde (füzyonunda) stapler ve açı oluşumlarının deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Experimental and finite element method investigation of stapler and angle formations in joining (fusion) of the first metatarsophalangx joint
GÜLİSTAN DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
DOÇ. DR. LEVENT BAYAM
- İndüktif ve kapasitif yüklemeli düzlemsel yapılar kullanılarak ayarlanabilir mikrodalga çoğullayıcı tasarımı
Design of adjustable microwave multiplexer using planar structures with inductive and capacitive loading
PINAR ÖZTÜRK ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEYHUN KARPUZ
- Düzlemsel transformatörlerin mlm yöntemi kullanılarak yapılan benzetimine yönelik çalışmalar ve mlm yöntemine ortak mod gürültü modelinin eklenmesi
A study for simulations of planar transformer based on mlm method and adding common mode noise model to mlm method
İSMAİL ONUR LORAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TİMUR AYDEMİR
- Üç boyutlu seramik tabanlı mikrodalga devrelerin tasarımı
Design of three-dimensional ceramic based microwave circuits
TARLAN MAHOUTI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiMetalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NİLGÜN KUŞKONMAZ
PROF. DR. TÜLAY YILDIRIM
- Uydu Haberleşme Sistemleri İçin Yeniden Yapılandırılabilir Düzlemsel Çift Bandlı Filtre Tasarımı: UHF ve S Bandı Uygulamaları
Design of Reconfigurable Planar Dual Band Filter for Satellite Communication Systems: UHF and S Band Applications
AYŞE NİHAN BASMACI FİLİZ
Doktora
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiPamukkale ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CEYHUN KARPUZ