GAP v. Mahu.lislk K@sresi etktilet nab,2G28 Mw 2M $uxvtaPtueedlnss ol te Finh eAP ENnwing Coigess. 2e28 Aqtil2N6. l1x .iLrh fukey.

FDTD VE TLM METOTLARI iLE DALGA KILAWZU ANALIZI UZERINE YENI BiR YAKLA9II.I

YavuzERoL, Frrat Uni. Elek-Eleklonik MIh. 861., 2311g-Elazd, yerol@lirat.edu.irAyhan AKBAL, Frraloni. Elek-Eleklronik Mijh. 851., 23119'Elazr0, ayhanakbal@gmail.comHasan H. BALIK, Frral Uni. Elek-Elektonik Mih. 961., 2311g-Elaz'o, hasanbalik@gmail.com

Bu yayrnda zaman domeninde sonlu fa*la (FDTD) ydnterni ile ilelim hattr matrisi OLM) y6ntemikullanrlarak dlkd6rtgen kesitli dalga klavuzunun Irekans analizi gerqeklegUrilmigiir. Tl'/ ve TE modu igin a)fl arllyaprlan simijlasyonlar ile krlavuzun zaman cevabr elde edilmig afdrndan hrzh'Fouder ddniigiimi (aFI)kullanrlarak hlavuzun lrekans cevah ortaya erkanlmrstl. Frckans cev€br iize nde gddlen her bir rezonansn,dalga krlawzunun mod kesim fekanslanna denk geldigi ve simijlasyon sonuelar nrn analilik sonuQlar ile uFmi9eris;nde olduou gdsteriJmiltjt.Anahtar Kelimeler: FDTD, TLIV, dlkC6rtgen kesiUidalga krlawzu, mod kesimirekansl

A NEWAPPROACH TO WAVEGUIDE AI./ALYSIS BY FDTD AND TLI\4IIIETHODS

In this study, the frequency analysis of €clangulal waveguides by using FDTD and TLM melhods hasbeen implemented. Filstly, tjme domain esponse of 0|e waveguide has been foLrnd by developed simulalions iorTIi,4 and TE modes lespecti!€ly. Then by using Fast Fourier Transfoffi (FFT), lhe lequenc-y €sponse has be€ngained, Every resonance seen on lhe l€quency esponse are equal lo mode cut{ff frequency, lt has be€nshown lhat he simulation results lound llom each mehod are in good agrcement with analt4ical results.Keywords: FDTD, TL[4, reciangular Mveguidq node cutdi trequency

1. GhigGrinrimiizde elektromanyetik prcblemledn Szimiinde analitik, sayrsal veya deneysel ydntefllel

kullanrlmaktadrr. Bilisayar hrzlannrn ve hafEalannn y€terli olmaddr yrllarda daha 9ok analiiik y6nlemlerkullanrlarak pek Qoi poblem incelenmitir Analilik tszdm elde elmenin mf nkijn olmadror durumlarda isedeneysel yoniemler ve dl9ornler iercih edilmi$tir. 1980lede bilglsayar teknolojiler ndekigelitmelerc palalelolaratkarma$rk elektrcmanyelik prcblemlelin g6ziiminde sayrsal y6ntemlerin kullan mr 6n plana grkmrstrr. 1gg0lardalitibaen saysal ydntemledn do!ru, verimli ve hEl qozlmler 0rctebilmesi igin algoriimalff gelislirilmekled[ lil.Elektromanyetik poblemlerin gizijmijnde kullanrlan sayrsal y6ntemleden bazrlar problemi zaman domenindeba:rlan da f€kans domenirde qjzer [2, 3, 4, 5, 61. FDTD ve TL[4 y6fliem]eri zaman domeninde coz[mi.elnelerine agmen, Fouder doniisiimi ahnarak fekans domeni gdzijmil de ko ayca elde edilebilmektedir |4.literatLjrde, bu ikiy6ntemin dooruluklaanr kar$rbgtmak amacryla pek 9ok 9ah9ma bulunmaktadr {8, 9, 101. B-yayrnda FDTo ve TLlt4 ydnlemleri kullan atak dikdilgen kesilli dalga klavuzunun 2 boyuuu olodellenEdyaprlmrs !€ sonugl hem bibided ile hem de analitik sonugla.la kargrlagtrnlmrgir.

2. 0ikd6ltgen Kesitli Dalga Krlavuz0Dikddrtgeo kesitli dalga krbwzlan mikrodalga bandrndaki sinyalleri ieimek igin kullandan ilelim

hatlandrr. lcHz'den 220cHz'in ijzerine kadar pek 9ok uygulamada yaygrn olalak kullanrlmakladrr 111lElektromanyelik dalgalann krlawz iginde iledeyebiknesi ;Cin mod frekansrnrn kritik kesim lrekansr f.den butrkolmasr gerekir. [,lod ftekansr keslm tekansndan daha dii$ijk ise dalgal krlavuz ekseni do!rultusunda hrzlazayrflamaya ui€r v€ enedi tansfed ger9eklegmez. oalga k awlannda f. kesim f€kansrndan daha yuksekfrekansh elektomanyetk dalgalar ikifarklr moda s€hip olabilir Bunlarenine elektril (TE)ve enine manyelik 0 )modlafldrr Krbwzda, her biri faddr mod kesim frekansna sahip sonsuz sayrda mrd bulunur. Ancak $)od kesimfrekansrnm aftrnda yliksek dereceli nrodlar oluimaz Krlavuzun fizikselbowtlafl ier bir modun kesim frekansmlbelirler 1121.

$ekdielekirik sat

derecele ni

3, FDTD Y61 9

elektroman)l,laftell d€ayrkla$rfrPyaydrmmrneksenlerib(ahnan pothiicrenin€,ite€tii olare

2alrnrr Fl. Igdrildij!01

800

aH" _ l eD.a p e *

. :E. r f iH, ;H. )a r € [ & e y )

aE. _ r 6H.a . 4

aEy _ I aFI.

a € &aH" l r aE, LlE. )- = _ t i _ J la p l r y a \ )

6H" = _14E,a v d

5. lki Boyutlu SiDikdrn(

edile€0ine kamolmamak i9in engereoince zamal

siiresi maksimulnoktaya uy$rlalsimiilasyon sineedllir. DaLga krlar

Bu yayboyutlu analiziykullanrlmaktaolu

5.1.TliTM flo

slmtilasyonu igirbileFnleri iteralinoklasrndan EFourier ddnr:9ijikrlavuzda ilelil€b

(3)

16)

t])

\2)

(4)

(5)

TE modu denklemleriise (5), (6)ve (7)de gddjlmektedir. TE nrodunda simolasyon boyunca Er, El ve t--alan bile$enleri iteratitolarak hesaplanrr.

4. TLm YdntemiTLl l (TBnsmssion Lir Valn() yof le- i , P.BJoms larainoan 19?0 y,,nda Settrnt-r f t i l t4 l . Bu

ydniem alan leoisi'devrc leorisie$deoerlioine dayantr TL[l ydnremiide, yap bidm h cre ere bddnijr ve herhiicede ba5rmsrz deli$ken olarak akm vegerilim deaededhesaplanrr. Kirchoff'un geritimve akrmyasasna gdrehljcEnin gkis geilirni ile 9rkr9 gerilinni alasrnda iligki kurulur. Her hicrede zaman dor,reninde datga itelimi Oidenve yansryan gerilimlede iemsil edilk r5l.

vYiizey paramelesi olan

elenrenlnin sonsuz kij9ijk olduou(8)'deki gibi elde edilir I161.

9ekil3: lki boy1]tlu TL[4 hLicresi

Al 9o,k kt9iik alndrot iakdirde yansryan datga boyu kijqijtLjr. Her bir yijzeyhesaba kairksa gedlim ve akrmrn x ve z ekseni botuca deoigirni denktem

d'1y 6:y. 6 'v-- : |-------:= )/a ,--:ar- o.- al'

2 boyuilu TLL.l simijlasyonu j9in l',4ax\,!ell denklemlednde 3/3F0 ahnrrsadenklem (9)elde editn.

a'8, 6'8,?t7=*? (s)

Tablo 'g6njidilgI gibihr

802

Taqlo 1i 4nalitik sonuctarite sirnijtasyon sonuctarrAnaljtik FDTD TLM

li,lodiar Sonuclar(cHz) Sonuqtan {cHz} Sonuatan {cHz)Ti/ I 4.873

TEa 4.158TEor 4.407TErr 4.873

TE:o

TEr

9ekifrekansarntnolarakhesapl

6. SonugB u v

yaprln$trr. Diayfl sayrsal lgdsteilmiglir

Kaynaklaf

[1] SEV(I2i AU|M

sLrclI3l KRE(

and (pp.8l

l4l wrNr

lrequl[6] ESHF

3673M TAFL

Bosto[8] KRUI

lrllcrci

Tlr,4zrT]\,tr

6.059 6.0544.869

7.625

4.8416.0707.672

5.2. TE lVlodu AnaliziTE modr analzi iCn da'be geni i iE:110 ps otan calss darbesitLtan mrt l r . hLc.€ bovLlaf l zama

adrrr Le s milasyor slresiTi,{ modr simitasyonu:te ayrdr. S mi asyor s(as,da causs oaroesiH, o tesent.ek enrit ve gazlen no(las rdar H, bie9enirin deggiri sir ijtasior sijres nce gdz eriri5ti.. Seki, 5de TE nooiqin.frekans cevabr gdrijlrn€ktedir $ekitden g6ritdij0ii gibi FDTD ve TUM ydnlernlerie etde editen sonugtarbirbirine qok yakrndrr.

F,ekrs{GHz)

Sekit5: TEmodLl igin frekans cevabl

Tablo 2'de 0-8GHz ara[ornda dalga krtawzunda i]eltebteceh TE njod an gddilmekledir. Tabto,ya qoresimli asyon sonLcLnda elde edien her bir re?onars, krtdlr7Lrn mod (es m aetars rtdert getrkred?.

'

Tablq 2 iAnal;tik sonuQlar ile siml'asyon sonuc,arlAnatitik FDTo TL[,l

Modlar Sonuctar(cHz) Sonuclan {cHz) Sonuctan (cHz)TEro 2.079 2.060

6.0596.238

4.136

4.387

4.861

6.0506_251

7.652

2.1404.1964.3774.8416.0306.3027.672

804

i i

l l ,

1 1 , . . .

t91 HARMON. S. STAKER S.W. PI(ET-IMAY M ChR SToPoULOS C 200l Companson of

nJmerical modelinq methods FOTD and TLM Eecrcmagnerc Comoaliblty IEEE Irlemalor'l

SYmposjum, Vol.2, PP. 1316.1321Il0l CLNIENO, A., 20tii. I comparison of rumerica dispe 5ion in FD-D and

'L[4 a'gorilhrs Appl ed' Eleclromaa1eiics. 2003. APACE 2003 As a_Pacific Conlelence op l2S_131

nIIPOZARD. [,1., 1998, liicrowave Engineedng' USAitzifneus L , rLEscH, 0., l999 EleclJomagne cs wth Aop icatiors s ngapJritlivef. X.S., tgOO. NL-ericalsouhon of i1 I al boundary \'a ue o oole-s ilvolvrg [4a*wel"s Fqualons

IEEE Tlans. Anterlas and oopagal Vol AP_14 n0 3 pp 302_307n4IJOHNS P.8., BEURLE R. L,lgTl Numedc?l soluiion of twg-dimensional scalte ngproblemsusing'

TL[4, Proc.lEE, Vol. 118, pp 1203'1208t15l CHRISTOPOULOS, C,1995. The lansmission]ine modelling method, Oxiold Univelslty press

iriiinetruc v.. cpqisropoulos c., BENSoN T.v.. 1996 Advanced Nooe rormJariors in TLM lhe' 'Adaotable Svmmekical Condensed Node (ASCN) IEEE MTT_S hlematiola i'4icfowave Syrp Sal

Flancisco, USA, 431-434.

Yazarlar D

A.$ahinDUF

AbdullahDE

Abdilkadt9

Afsin GUNGAHlvlET AKI

Ahmerc09AhmelQLNrAhmet00$

Ahmel0zT

AL AYTEKAIiDIJRIVA]ERGII IAIiMRCI

ArircsKllAli Say LEAIiSEYREAIiTUNCI

AdIHEPBAslrGi i l tA$n o?

Ayhan EI

Aylo BEI

Ay9e!ijl'

806

Save0001.PDFSave0002_2.pdfSave0003.PDFSave0004_4.pdfSave0005.PDFSave0006_1.pdfSave0007.PDFSave0008.PDF