Malzeme karakterizasyonu için tek frekansta çalışabilen ayarlanabilir metamalzeme rezonatör tasarımı ve deneysel analizi
Design and experimental analysis of tunable metamaterial resonators operating at a single frequency for material characterization
- Tez No: 983589
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ SADIK ZUHUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Iğdır Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez, tek frekansta dielektrik malzeme karakterizasyonu yapabilen ayarlanabilir bir rezonatörün tasarımını, uygulamasını ve deneysel doğrulamasını sunmaktadır. Tf_Er_V sensörü olarak adlandırılan önerilen yapı, kompakt bir FR4 tabanlı mikroşerit platform üzerinde bir varaktör diyot, indüktörler ve kapasitörler entegre edilerek tasarlanmıştır. Bu çalışmanın amacı, sabit bir frekansta doğru malzeme karakterizasyonu sağlayarak geleneksel geniş bant tekniklerinin sınırlamalarının üstesinden gelmek ve böylece vektör ağ analizörü (VNA) ölçümlerinin maliyetini, karmaşıklığını ve zaman gereksinimlerini azaltmaktır. Çalışmanın giriş bölümünde, klasik ve metamalzeme tabanlı yöntemlerin kapsamlı bir incelemesi, avantajları ve sınırlamaları vurgulanmıştır. Bu temel üzerine inşa edilen Tf_Er_V sensörü, simülasyon araçları kullanılarak tasarlanmış ve optimize edilmiş, standart PCB teknolojisi ile üretilmiş ve deneysel olarak doğrulanmıştır. Varaktör tabanlı ayarlama mekanizması, 0,6-1,1 GHz aralığında yaklaşık %40-60 rezonans frekansı kaymalarına izin vermiştir. Hem simülasyonlar hem de ölçümler, hava, RO4350B, Teflon, Delrin ve FR4 dahil olmak üzere çeşitli dielektrik numuneler arasında sağlam rezonans kuplajı ile ilişkili güçlü iletim katsayısı (S12) minimumlarını tutarlı bir şekilde göstermiştir. Simülasyon sonuçlarına göre yapılan regresyon analizinde, varaktör öngerilim voltajı ile dielektrik sabiti arasında güçlü bir korelasyon (R² ≈ 0,998) tespit edilmiş ve deneysel ölçüm sonuçlarında tahmin hataları genellikle ±0,2'nin altında kalmıştır. Sonuç olarak, bu araştırma, doğru, tek frekanslı dielektrik karakterizasyonu yapabilen ayarlanabilir, varaktör entegre edilmiş bir metamalzeme rezonatörünü başarıyla ortaya koymaktadır ve bu da pratik, uygun maliyetli ve çok yönlü mikrodalga malzeme algılama sistemlerine doğru önemli bir adımı temsil etmektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design, implementation, and experimental validation of a tunable resonator capable of single-frequency dielectric material characterization. The proposed structure, designated the Tf_Er_V sensor, is designed by integrating a varactor diode, inductors, and capacitors on a compact FR4-based microstrip platform. The aim of this study is to overcome the limitations of traditional wide-band techniques by providing accurate material characterization at a fixed frequency, thereby reducing the cost, complexity, and time requirements of vector network analyzer (VNA) measurements. The introduction provides a comprehensive review of classical and metamaterial-based methods, highlighting their advantages and limitations. Building on this foundation, the Tf_Er_V sensor was designed and optimized using simulation tools, fabricated using standard PCB technology, and experimentally validated. The varactor-based tuning mechanism allowed for resonance frequency shifts of approximately 40-60% in the 0.6-1.1 GHz range. Both simulations and measurements consistently demonstrated strong transmission coefficient (S12) minima associated with robust resonant coupling across a variety of dielectric samples, including air, RO4350B, Teflon, Delrin, and FR4. Regression analysis of the simulation results revealed a strong correlation (R² ≈ 0.998) between the varactor bias voltage and the dielectric constant, with prediction errors generally below ±0.2 in experimental measurement results. In conclusion, this research successfully demonstrates a tunable, varactor-integrated metamaterial resonator capable of accurate, single-frequency dielectric characterization, representing a significant step toward practical, cost-effective, and versatile microwave material sensing systems.
Benzer Tezler
- Terahertz stand-off imaging for security applications
Güvenlik uygulamaları için terahertz uzaktan görüntüleme
İHSAN OZAN YILDIRIM
Doktora
İngilizce
2023
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALTAN
- Microwave resonant sensor integration with impedance cytometry in microfluidic platform for probing micro-scale dielectric permittivity
Mikro ölçekte dielektrik geçirgenliği incelemek için mikroakışkan platformda empedans sitometri ile mikrodalga rezonans sensörünün entegrasyonu
UZAY TEFEK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilim ve Teknolojiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MEHMET SELİM HANAY
- Friction dynamics of adhesive fibrillar contact
Adeziv fibrilli kontağın sürtünme dinamiği
TURGAY ERAY
Doktora
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. İLKER MURAT KOÇ
- Synthesis of new mesogens and investigation of their liquid crystalline properties
Yeni mezojenlerin sentezi ve sıvı kristal özelliklerinin incelenmesi
BURAK KORKMAZ
Doktora
İngilizce
2022
Kimyaİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHİRE FİLİZ ŞENKAL
PROF. DR. YEŞİM GÜRSEL
- Kristallografik olarak yönlendirilmiş anizometrik tek kristal piezoelektrik parçacıklara sahip piezokompozitleri temel alan yüksek hassasiyetli dokunsal sensörlerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
Development of high sensitivity tactile sensors based on piezocomposites with crystallographically oriented anisometric single crystal piezoelectric particles
HÜSEYİN ALPTEKİN SARI
Doktora
Türkçe
2025
Seramik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDAT ALKOY