HB 730 Mikrodalga Mühendisliği Yrd. Doç. Dr. Aytaç Alparslan aalparslan@trakya.edu.tr Giriş ve dersin amacı Teşekkür: Prof. M. I. Aksun, Koç Üniversitesi

Dersin Amacı Elektromanyetik dalga teorisine kısa bir bakış: Düzlemsel dalgalar (plane waves) Katmanlı yapılarda düzlemsel dalgaların yayılması Yüksek frekanslarda akım ve gerilim konseptleri Düzlemsel dalgalarla analoji Yüksek frekans devre elemanlarının analiz ve dizaynı İletim hatları ve dalga kılavuzları (transmission lines and waveguides) Devre parametreleri kullanarak dizayn (circuit parameters) Smith chart

Yüksek frekans ne demek? Doğru/alternatif akımla çalışan devreler ( 𝝺 s𝑖𝑛𝑦𝑎𝑙 ≫d) 𝝺 𝐷𝐶 = 𝑐 0 𝑓 𝐷𝐶 →∞ 𝝺 𝐴𝐶@50𝐻𝑧 = 𝑐 0 𝑓 𝐴𝐶 ≈6× 10 6 𝑚 Yüksek frekans: Devreye uygulanan sinyallerin dalga boyları, devre elemanlarının fiziksel boyutlarına yakın ya da küçükse, bu tip sinyallere yüksek frekanslı sinyaller denir.

Dalgaboyu ve frekans nasıl bağlantılıdır? λ 𝑐= λ 𝑇 λ= 𝑐 𝑓 𝑓= 1 𝑇 Dalga hızı (havada ışık hızı ≈3e8m/s) Dalga periyodu (sn) Dalgaboyu (m) Dalga frekansı (1/sn = Hz) Kırmızı X lerin başlangıcından bitişine kadar geçen süre bir periyota denk gelir. Genellikle saniye ile ölçülür.

İşlenecek konular (zaman el verdiğince) Bölüm 1: Motivasyon ve Giriş Bölüm 2: EM Dalga Teorisi Bölüm 3: Düzlemsel Elektromanyetik Dalgalar Bölüm 4: İletim Kılavuzları (Transmission Lines) Bölüm 5: Mikrodalga Devre Elemanları Analizi Bölüm 6: Smith Chart ve empedans eşleme Öğrenciler son haftada popüler elektromanyetik konuları ile ilgili presentasyonlar yapacaklardır. Dersle ilgili materyallere http://personel.trakya.edu.tr/aytacalparslan adresinden ulaşılabilir.

Mikrodalga ne demek? Frekansı 300 MHz ile 300 GHz arasında olan sinyallere Mikrodalga sinyaller ve bu frekans aralığında çalışan devrelere de Mikrodalga devreler denir. Mikrodalga Fırın ??? 2.45 GHz. (genellikle) elektromanyetik dalga ile yiyecek pişirmek için tasarlanmış mutfak gereci. Metal bir kafes içinde yüksek enerjili mikrodalga ışıması ile yiyeceklerdeki molekülleri titreştirerek ısı enerjisi üretimine olanak sağlar. NOT: MHz: MegaHertz =1e6 Hz GHz: GigaHertz = 1e9 Hz

Neden Mikrodalga Mühendisliği var? (1) Başlangıçta da belirtildiği gibi mikrodalga frekanslarında, sinyalin dalga boyu kullanılan devre elemanlarının boyutlarından daha küçük! AC devre analiz yöntemleri bu yüzden mikrodalga ile çalışan devrelerde yetersiz kalıyor. ÖRNEK: Tek resistörlü bir devre: I2=I1, Doğru mu?

Neden Mikrodalga Mühendisliği var? Örnek (1) Resistörün giriş portundan çıkış portuna sinyalin ilerleme süresi

Neden Mikrodalga Mühendisliği var? Örnek (2) l=1cm, v=c0=3e8 m/s (ışık hızı) için farklı frekans değerleri için farklı I2 sonuçları elde edilir! f= 30GHz f= 3GHz

Yüksek frekansta kapasitör

Yüksek frekansta resistör

Yüksek frekansta yükseltici (amplifier)

Elektromanyetik dalga teorisi

Wifi anteninin ev içinde yarattığı EM dalga

Doğada elektromanyetik dalgalar

Maxwell denklemleri Mikrodalgalar, antenler ve optik sistemler gibi elektromanyetik dalga teorisi ile yakından ilişkili konularda çalışmak için Maxwell denklemleri kullanılır. Faraday-Maxwell’in yasası Genelleştirilmiş Ampère’in yasası Gauss’un yasası Manyetik akının korunumu yasası