Mikrodalga Teorisi

Dalga Klavuzu teori ve uygulamaları
Yazı dizisinin hedefleri

• Çeşitli dalga klavuzlarının gelişimini, avantajlarını ve dezavantajlarını tanımak.
• Dalga klavuzlarının fiziksel büyüklükleri ve yapısı. Yapılarının güç ve frekans üzerindeki etkileri
• Elektromanyetik alanlar teorisi açısından dalga klavuzlarının enerji propagasyonu
• Dalga klavuzlarının çalışma modları
• Dalga klavuzlarında kullanılan temel giriş/çıkış metodları
• Dalga klavuzu tesisatının temel ilkeleri
• Dalga klavuzlarının sonlandırılımasının gerekliliği ve metotları
• Yönlendirilmiş kuplorlerin çalışma ilkeleri ve uygulaması
• Boşluk rezonatörlerinin çalışma ilkeleri ve uygulaması
• Dalga klavuzu jonksiyonlarının temel çalışma ilkeleri
• Ferrit aygıtların uygulamaları açısından incelenmesi

konularında okuyucuyu bilgilendirmektir.

DALGA KLAVUZU TEORİSİ VE UYGALAMALARI

Elektromanyetik spektrumun 1000 MHz ile 100000 MHz arasında kalan kısmı MIKRODALGA bölgesi olarak adlandırılır. Mikrodalga frekansının ilkelerini ve uygulamalarını anlatmaya başlamadan önce, mikrodalga teriminin iyi anlaşılması gereklidir. Terimi yüzeysel olarak ifade etmek kolay gözüküyor. Mikro milyonda bir anlamına geliyor, ama aynı zamanda çok küçük anlamında da (izafi) kullanılmaktadır. Mikrodalga terimi frekansı 1000 MHz'den yüksek elektromanyatik dalgaları tanımlamakta kullanılır ve dalgaboyları çok küçük olduğu için bu adı alır. Kısa dalgaboyu kullanmak pek çok uygulamada belirgin avantajlar sağlar. Örneğin, nispeten daha küçük antenler ve daha düşük güçlü vericiler kullanılarak mükemmel yönlendirme elde edilebilir. Bu özellik hem askeri hem sivil iletişim uygulamalarında ideal bir yöntemdir. Mikrodalga frekanslarda küçük anten ve bileşenler kullanmak mümkün olmaktadır. Ayrıca ağırlık ve boş alanın ana problem olduğu gemilerde de bu yöntemin kullanımı önemlidir.

Düşük frekans kullanılan mikrodalga çalışmalarında iletim ve devre tasarımı konularında pek fazla problem çıkmaz. Klasik devre tasarımının gerilim ve akım teorilerine bağlı olmasına karşın mikrodalga tasarımlar Elektromanyetik Alanlar Teorisine bağlıdır. EAT konusu pek çok öğrenci için anlaşılması zor bir konudur. Yazının devamında mümkün olduğu kadar basit terimler kullanılcaktır. Buna rağmen konunun anlaşılmasının zor olacağı kanısındayım. Teorinin anlaşılması sıkı bir çalışma gerektirir.
Her konunun sonunda temaya bağlı 2 veya daha fazla soru-cevap yöntemli çalışma bulunacaktır. Konunun iyi anlaşılması için bu sorulara önce kendiniz cevap bulmaya çalışın. Bu konu için örnek 2 soru;
S1: Elektromanyetik spektrumda 1000 - 100000 MHz sahasına verilen ad nedir?
C1: Mikrodalga bölgesi.
S2: Mikrodalga teorisi hangi kavram üzerine kuruludur?
C2: Elektromanyetik Alanlar Teorisi.

Mikrodalga Teorisi



Şekil 1 - Alanlar sadece iki yönde sınırlıdır.

Şekil 2 - Alanlar tüm yönlerde sınırlandırılır.
Dalga klavuzları, elektromanyetik enerjinin taşınmasında daha etkildir. Dalga klavuzları aslında orta iletkeni olmayan koaksiyel hatlardır. Dairesel, dikdörtgen veya eliptik olarak iletken malzemeden imal edilirler (Şekil 3).

Şekil 3 - Dalga klavuzu şekilleri



Dalga Klavuzlarının Avantajları
Dalga klavuzları 2wire ve koaksiyel hatlara karşın, çoğu konuda daha avantajlıdır. Örneğin geniş iletim yüzeyi bakır kayıplarını (Copper Losses I2R) önemli ölçüde azaltır. 2wire hatlar dar yüzeyleri nedeniyle yüksek bakır kaybına sahiptir. Koaksiyel kabloların dış iletken yüzeyi geniştir ama iç iletken yüzeyi dardır. Mikrodalga frekanslarda, iç iletkenin akım taşıyan alanı yüzey etkileşimi (Skin Effect) nedeniyle çok sınırlı bir tabakadır.
Skin Effect olayı geniş bir inceleme gerektirdiğinde izah edilmeyecektir. Fakat iletken direncinin artmasına sebep olduğu bilinmelidir. Koaksiyel kabloda enerji transferi elektromanyetik alan haraketiyle sağlanmasına rağmen, alanın büyüklüğü iç iletkenin akım taşıyan yüzeyinin genişliği ile sınırlıdır. İç iletkenin küçüklüğü skin effect'in daha etkili olmasına sebep olmaktadır. Dalga klavuzlarında DIELEKTRIK kayıpları da daha azdır. 2wire ve koaksiyel hatlarda dielektrik kayıpları, iletkenler arasındaki yalıtkanın ısısının artmasıyla ortaya çıkar. İletkenler arasındaki dielektrik maddenin ısısının artması kapasitif etkiye sebep olur (Dielektrik Kaybı).
Dalga klavuzlarında dielektrik madde, geleneksel yalıtkanlara göre çok daha az dielektrik kaybı olan havadır. Ancak dalga klavuzları, durağan dalgalarda dielektrik bozulmayla karşı karşıyadır. Dalga klavuzlarında durağan dalgalar enerji transferinin verimini azaltır. Ayrıca dalga klavuzları çok daha fazla güç taşıyabilir. Fazla güç taşıma yetisi iletkebler arası boşluğa bağlıdır. Şekil 4 bu boşluğu karşılaştarmaktadır.

Şekil 4 - Koaksiyel kablo ile dairesel dalga klavuzunun iletkenler arası boşlukları.
Dalga klavuzlarının bu kadar avantajlı olması, size iletim hatlarında kullanılabilecek tek şey olduğunu düşünderebilir. Fakat dalga klavuzlarının bazı belirgin dezavantajları, sadece mikrodalga frekanslarında kullanılmalarının gerekliliğini göstermektedir.



Dalga Klavuzlarının Dezavantajları
Dalga klavuzlarının fiziksel büyüklüğü, düşük frekanslarda kullanılmalarını sınırlayan etkendir. Örneğin 1 MHz'de çalışacak bir dalga klavuzu yaklaşık 150m genişlikte olmalıdır. Bu nedenle dalga klavuzları 1.000 MHz altı frekanslarda kullanılmaz.
Dalga klavuzlarının kurulması da sert, boş boru yapıları nedeniyle zordur. Güvenli iletim için birleşim yerlerinde özel kuplorler kullanılmaktadır. Ayrıca skin effect'i azaltmak için, dalga klavuzlarının iç yüzeyleri altın veya gümüşle kaplanır. Buda maliyeti artırır.
S3: Mikrodalga frekanslarda koaksiyel hatlar 2wire hatlara göre neden avantajlıdır?
C3: Elektromanyetik alan tamamiyle sınırlandırılmıştır.
S4: Dalga klavuzu imalatında ne tip maddeler kullanılır?
C4: İletkenliği yüksek maddeler.
S5: İletken hatlarda yüzey genişliğinin fazla olması hangi olayın etkisini azaltır?
C5: Bakır Kayıpları (Copper Loss).
S6: Bir iletkende akım taşıyan yüzeyi daraltan etki nedir?
C6: Skin Effect.
S7: Dalga klavuzlarında hangi dielektrik madde kullanılır?
C7: Hava.
S8: Dalga klavuzlarının düşük frekanslarda kullanılamamasının temel sebebi nedir?
C8: Fiziksel büyüklüğünün düşük frekanslarda çok artması.

selamlar dalga klavuzları ile ilgili bilgilerinizi paylaştığınız için tesekkurler , sizinle daha geniş fikir paylaşmak belkide belli konularda işbirliği yapmak isterim .
mail adresinizi alabilirmiyim ,