Rezonatör tabanlı mikrodalga sensör tasarımı için farklı eşdeğer devre topolojilerinin geliştirilmesi
Development of different equivalent circuit topologies for resonator based microwave sensor design
- Tez No: 1018570
- Danışmanlar: PROF. DR. MESUD KAHRİMAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Dielektrik ölçümler, Dielektrik özellikler, Elektromanyetik, Eşdeğer devre, Mikrodalga devreleri, Rezonatör, Yönlü bağlaştırıcı, Dielectric measurements, Dielectric properties, Electromagnetic, Equivalent circuit, Microwave circuits, Resonator, Directional coupler
- Yıl: 2026
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, katı malzemelerin kompleks dielektrik parametrelerinin hassas ve tahribatsız karakterizasyonu amacıyla, yönlü bağlaç ve Tamamlayıcı Bölünmüş Halka Rezonatörü (CSRR) yapılarının entegre edildiği özgün bir dört portlu düzlemsel mikrodalga sensör tasarlanmış ve eşdeğer devre yaklaşımı ile analitik olarak modellenmiştir. Literatürde yaygın olan iki portlu yapılardan farklı olarak, önerilen mimaride yalnızca S21 değil, aynı zamanda S31 ve S41 parametrelerindeki rezonans kaymaları da eş zamanlı değerlendirilmiş; bu çok parametreli yaklaşım ölçüm güvenilirliğini önemli ölçüde artırmıştır. Sensörün elektromanyetik davranışını yüksek doğrulukla temsil etmek amacıyla geliştirilen Sensör Eşdeğer Devre Topolojisi (CST) benzetim verileri ile doğrulanmış ve yönlü bağlaç topolojisi için 2.46 dB olan ortalama hata 0.67 dB seviyesine düşürülmüştür. CSRR entegrasyonu sonrası geliştirilen nihai modelde ise geniş bant (1–5 GHz) davranış, 1.37 dB ortalama hata ile yüksek fiziksel doğrulukla temsil edilmiştir. FR-4 alttaş üzerinde gerçekleştirilen deneysel çalışmalarda, aralarında Rogers RT5880 gibi düşük kayıplı malzemelerin de bulunduğu dokuz farklı dielektrik numune test edilmiştir. Literatürde sıklıkla ihmal edilen malzeme kalınlığı (tmut) parametresi analizlere dahil edilerek, gerçek bağıl dielekrrik geçirgenlik için doğrusal olmayan yüzey uyumlandırma ve kayıp tanjant için doğrusal olamayan eğri uyumlandırma temelli özgün karakterizasyon modelleri geliştirilmiştir. Önerilen yöntem ile er tayininde maksimum %0.48 hata elde edilirken, tand ve sanal bağıl dielekrrik geçirgenlik hesaplamalarında hata oranları sırasıyla maksimum %3.66 ve %3.79 olarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a novel four-port planar microwave sensor integrating a directional coupler and complementary split-ring resonators (CSRRs) is designed and analytically modeled for the highly accurate and nondestructive characterization of the complex permittivity of solid materials. Unlike conventional two-port configurations prevalent in the literature, the proposed architecture simultaneously evaluates the resonance shifts not only in the transmission coefficient (S21) but also in the coupled (S31) and isolated (S41) parameters. This multiparameter approach significantly enhances measurement reliability and robustness. To represent the electromagnetic behavior of the sensor with high fidelity, a Sensor Equivalent Circuit topology is developed and validated against 3-D full-wave (CST) simulation data. Through rigorous optimization, the mean absolute error (MAE) of the directional coupler equivalent circuit is reduced from 2.46 dB to an excellent level of 0.67 dB. Furthermore, the final equivalent-circuit model incorporating the CSRR integration accurately replicates the wideband (1–5 GHz) physical characteristics of the overall sensor, achieving an MAE of 1.37 dB. Fabricated on a low-cost FR-4 substrate, the proposed sensor was experimentally validated using nine diverse standard dielectric samples, including extremely low-loss substrates such as Rogers RT/duroid 5880. By incorporating the material under test thickness (tmut)—a parameter frequently neglected in the existing literature—novel empirical characterization models were formulated. Specifically, non-linear surface fitting algorithms were derived for extracting the real relative permittivity , alongside non-linear curve fitting models for the loss tangent . Experimental results demonstrate that the proposed methodology achieves a remarkably low maximum error of 0.48% in extracting er. Even for the highly challenging extraction of dielectric losses, the maximum errors are tightly constrained to 3.66% for tand and 3.79% for the imaginary relative permittivity.
Benzer Tezler
- Elektromanyetik rezonatör tabanlı hububat nem sensörü tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
Electromagnetic resonator based cereal humidity sensor design, fabrication and characterization
ALPARSLAN ÇINAR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EVREN EKMEKÇİ
- Mikrodalga ve terahertz bölgelerinde dik girme uyarımı için rezonatör tabanlı sensör tasarımları ve hassasiyet analizleri
Resonator based sensor designs and sensitivity analyses for normal incidence excitation in microwave and terahertz regions
ÖZGÜR ERTAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EVREN EKMEKÇİ
- Sıvıların tespiti için mikrodalga sensör tasarımı
Microwave sensor design for liquids detection
MUSTAFA YILDIRIM
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSüleyman Demirel ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MAHMUT AHMET GÖZEL
- Düzlemsel mikrodalga halka rezonatör ile açısal yer değiştirme sensörü tasarımı
Planar Microwave Angular Displacement Sensor Basedon Microstrip Line Loaded Split Ring Resonators
NAZLI MERVE TEZEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURHAN TÜRKER TOKAN
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENA ESEN BAYER KESKİN
- Hücre canlılık tespiti için iletim hattı tabanlı biyosensör tasarımı ve uygulaması
Design and implementation of a transmission line-based biosensor for cell viability detection
TAHA FATİH ATEŞ
Doktora
Türkçe
2025
BiyomühendislikNecmettin Erbakan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ OSMAN ÖZKAN