mİkrodalga frekansi bÖlgesİnde ÖrgÜ ve ...tez.sdu.edu.tr/tezler/tf03459.pdfmİkrodalga frekansi...
TRANSCRIPT
T.C.
SÜLEYMAN DEMİREL ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ
MİKRODALGA FREKANSI BÖLGESİNDE ÖRGÜ VE DOKUMA KUMAŞLARIN EKRANLAMA ETKİNLİĞİNİN DENEYSEL OLARAK
İNCELENMESİ
Fidan Gamze KIZILÇAY ABDULLA
Danışman Prof. Dr. Mustafa MERDAN
YÜKSEK LİSANS TEZİ ELEKTRONİK HABERLEŞME MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI
ISPARTA - 2016
© 2016 [Fidan Gamze KIZILÇAY ABDULLA]
i
İÇİNDEKİLER
Sayfa İÇİNDEKİLER ..................................................................................................................................... i ÖZET .................................................................................................................................................... ii ABSTRACT ........................................................................................................................................ iv TEŞEKKÜR ........................................................................................................................................ vi ŞEKİLLER DİZİNİ ......................................................................................................................... vii ÇİZELGELER DİZİNİ ................................................................................................................... viii SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ .................................................................................... ix 1 GİRİŞ ........................................................................................................................................... 1 2 KAYNAK ÖZETLERİ ............................................................................................................... 5 3 MATERYAL VE METOT ........................................................................................................ 8
3.1 Ekranlama ........................................................................................................................... 8 3.1.1 Ekranlama Etkinliği ............................................................................................. 9 3.1.2 Ekranlama teorisi ve ekranlama etkinliğinin hesaplanması ............ 11 3.1.3 Tek ekran .............................................................................................................. 14 3.1.4 Çoklu lamine ekran ........................................................................................... 15 3.1.5 Açıklık ve deliklerin ekran üzerinde etkisi .............................................. 17 3.1.6 Elektrik ve manyetik alan ekranlama etkinliği ...................................... 22
3.2 Ölçüm Düzeneği ............................................................................................................. 23 3.3 Kumaşlar .......................................................................................................................... 24
3.3.1 Dokuma kumaşlar ............................................................................................. 25 3.3.2 Örme kumaşlar ................................................................................................... 25
3.4 Kumaşlarda SE Hesaplaması .................................................................................... 27 3.5 Numune Eldesi ............................................................................................................... 31
3.5.1 Kumaşların hazırlanması ............................................................................... 31 3.5.2 Yapıştırma ekran hazırlanması .................................................................... 33
3.6 Deney Düzeneği ............................................................................................................. 35 3.6.1 Deney düzeneğinin çalıştırılması ................................................................ 38
4 ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA ................................................................... 39 4.1 Numuneler ....................................................................................................................... 39
4.1.1 Örme kumaş üretimi ........................................................................................ 39 4.1.2 Dokuma kumaş üretimi................................................................................... 39 4.1.3 Metal ızgara üretimi ......................................................................................... 42
4.2 Deney ................................................................................................................................. 43 5 SONUÇ VE ÖNERİLER ........................................................................................................ 49 KAYNAKLAR .................................................................................................................................. 52 EKLER............................................................................................................................................... 54
EK A. Matlab kodları ............................................................................................................... 55 ÖZGEÇMİŞ ....................................................................................................................................... 59 uu
ii
ÖZET
Yüksek Lisans Tezi
MİKRODALGA FREKANSI BÖLGESİNDE ÖRGÜ VE DOKUMA KUMAŞLARIN EKRANLAMA ETKİNLİĞİNİN DENEYSEL OLARAK İNCELENMESİ
Fidan Gamze KIZILÇAY ABDULLA
Süleyman Demirel Üniversitesi
Fen Bilimleri Enstitüsü Elektronik Haberleşme Anabilim Dalı
Danışman: Prof. Dr. Mustafa MERDAN
Bu tez çalışmasında 750 – 2000MHz frekans bandında elektromanyetik dalgaların şiddetini azaltmak için ekran malzemesi üretilmiş ve ekranlama etkinliği deneyleri yapılmıştır. Deneylerde bakır, gümüş ve paslanmaz çelik fiber içeren örme ve dokuma kumaşlar ve farklı desenlerde metal ağ modeli kullanılmıştır. Örme kumaş türleri ribana ve süprem iken, dokuma kumaş türü olarak bezayağı seçilmiştir. Ekranlama etkinliği sonuçlarının kumaşlarla karşılaştırılması amaçlanan metal ağ modelleri ise ızgara ve karo tipi desene sahip modellerdir. Deneyler Mil-Std-285 standardlarında bir düzenekte sinyal jeneratörü, spektrum analizörü, alıcı ve verici antenler ve kablo ve adaptörlerinden faydalanılarak yapılmıştır. Antenlerin konumu uzak alan bölgesi hesaplamalarına göre ayarlanmış ve düzenek içindeki 20x20cm boyutlarında boşluk içinden, ekran malzemesi konulmadan, haberleşmesi sağlanarak spektrum analizörü tarafından okunan değerler referans değerleri olarak kabul edilmiştir. Ardından boşluğa ekran malzemesi konarak yapılan deney sonuçlarından elde edilen değerler referans değerleri göz önünde bulundurularak ekran malzemesinin SE çıkarılmıştır. Deney için toplam 10 adet numune üretilmiştir. Bunlar 50µm çapında bakır, gümüş ve paslanmaz çelik özlü riban ve süprem kumaşları, 50µm ve 200µm bakır özlü bezayağı dokuma kumaşları ve 200µm bakır fiberle hazırlanmış ızgara ve karo metal ağ modelleridir. Deney sonuçları çizelge ve grafiklerle gösterilmiştir. Tekil frekans değerlerine karşılık gelen SE değerlerinin yanısıra frekans bölgelerini değerlendirmek amacı ile sonuçlar Matlab’de eğri uydurma yöntemi ile grafikteki değerler arasında yumuşak geçişler sağlanmıştır. Malzemelerin SE değerleri kaşılaştırılmış ve en iyi sonucu 50µm bakır özlü bezayağı dokuma kumaşının verdiği görülmüştür. Bu numune hem 950 – 1150MHz hem de 1650 – 1900MHz frekans bölgesinde en yüksek değerleri vermiştir. En yüksek SE değerleri 21 – 30dB arasındadır. Dokuma 50µm’e en
iii
yakın SE sonucunu ise ızgara metal ağ 950 – 1150MHz bölgesinde 22 – 28dB’lik değerlerle vermiştir. Dokuma 200 µm ve karo desen metal ağ 15 – 25dB’lik sonuçları ile benzer grafik üretmişlerdir. Ribana ve süprem örme kumaşlardan tüm malzemeler için en kötü SE sonuçları elde edilmiştir. Örme kumaşlar arasında bakır özlü süprem kumaş en iyi sonucu vermiştir. Fiber çapındaki kalınlığın artması SE’yi düşürmektedir. Örme kumaşlar için bakır, gümüş ve paslanmaz çelik malzemeleri arasında belirgin bir farkın olmadığı tespit edilmiştir. Bezayağı dokuma kumaşının üretimi ribana ve süprem örme kumaşlarınkinden zor fakat SE değerlerinin daha yüksek olduğu görülmüştür. Bezayağı ve ızgara modelinin iyi SE verdiği dolayısı ile ekran malzemesi olarak tercih edilebileceği kanaatine varılmıştır. Anahtar Kelimeler: Elektromanyetik alanlar, ekranlama etkinliği, mikrodalga frekansı, örgü ve dokuma kumaşı, ızgara ve karo metal ağ. 2016, 60 sayfa
iv
ABSTRACT
M.Sc. Thesis
EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF SHIELDING EFFECTIVENESS OF KNITTED AND WOVEN FABRICS IN MICROWAVE FREQUENCY RANGE
Fidan Gamze KIZILÇAY ABDULLA
Süleyman Demirel University
Graduate School of Applied and Natural Sciences Department of Electronics and Communication Engineering
Supervisor: Prof. Dr. Mustafa MERDAN
In this study, shielding materials were produced in order to screen EM waves, and shielding effectiveness experiments were performed in 750 – 2000MHz frequency range. In experiments copper, silver and stainless steel fibers containing knitted and weave fabrics, metal mesh models with different patterns were tested. Knitted fabric types were selected as rib and weft knitted whereas weave fabric was plain. The mesh models of which the SE results was aimed to be compared to fabrics, were rectangular and diamond metal meshes. By referring to Mil-Std-285 standard, the experiments were performed with a setup. Devices included were signal generator, spectrum analyser, 2 antennas, cables and adaptors. The locations of antennas inside the setup was determined with the help of far field region calculations. The initial readings got from the spectrum analyser were the values transmitted from by one antenna to another one from a 20x20cm hole in the mid of the experiment setup. These values regarded as reference points. Afterwards, the shielding materials were installed to the hole and considering reference values SE readings were obtained. A total of 10 samples were fabricated for the tests. These are copper, silver and stainless steel filled rib and weft knitted fabrics with 50µm diameter, 50µm and 200µm copper filled plain weave fabrics and rectangular, diamond metal mesh models with 200µm copper fiber. Test results were shown in tables and graphics. Every SE value was obtained by loading every single frequency value to the system. In addition, to evaluate frequency ranges the SE values of samples were smoothed with help of curve fitting method in Matlab. The SE values of samples had been compared to each other. As result, 50µm copper core yarn plain wave was the best shielding material. This material gave the highest values in the frequency range of 950 – 1150MHz and 1650 – 1900MHz with 21 – 30dB SE. Having SE of 22 – 28dB rectangular metal mesh was close to plain 50µm in 950 – 1150MHz range. Plain weave 200µm and diamond patterned metal mesh was able to shield about 15 – 25dB. The worst SE values obtained from the both rib and weft knitted fabrics. Among knitted fabrics, the best results were obtained from copper core yarn weft knitted fabric.
v
An increase in fiber’s diameter, decreases the SE. For knitted fabrics there was no significant differences in SE with the change of filling materials copper, silver and stainless steel. It was seen that, fabricating plain weave fabrics tougher than that of rib and weft knitted fabrics, but the SE values of plain weave fabrics are higher. Plain weave and rectangular mesh model had the higher SE, therefore it was concluded that they may be preferred as shielding materials. Keywords: Electromagnetic fields, shielding effectiveness, microwave frequency, knitted and woven fabric, rectangular and diamond metal mesh. 2016, 60 pages
vi
TEŞEKKÜR
Bu araştırma için beni yönlendiren, karşılaştığım zorlukları bilgi ve tecrübesi ile aşmamda yardımcı olan değerli Danışman Hocam Prof. Dr. Mustafa MERDAN’a teşekkürlerimi sunarım. Literatür araştırmalarımda yardımcı olan değerli eşim Ruslan ABDULLA’ya teşekkür ederim. Araştırmanın yürütülmesi için fiziki ortam tesis eden Doç.Dr. Sema PALAMUTÇU ve Yrd.Doç.Dr. Ali Serkan SOYDAN’a teşekkür ederim. Tezimin imalat aşamasındaki desteklerinden dolayı Süleyman Demirel Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği ve Tekstil Mühendisliği Bölümü, Pamukkale Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği ve Tekstil Mühendisliği Bölümü’ne teşekkür ederim. Tezimin her aşamasında beni yalnız bırakmayan aileme sonsuz sevgi ve saygılarımı sunarım.
Fidan Gamze KIZILÇAY ABDULLA
ISPARTA, 2016
vii
ŞEKİLLER DİZİNİ
Sayfa
Şekil 3.1. Düzlem dalga için ekranlama mekanizmasının şeması ..................................... 11 Şekil 3.2. Kaynaktan uzaklaştıkça dalga empedansının değişimi ..................................... 13 Şekil 3.3. Çoklu lamine ekran örneği ................................................................................... 16 Şekil 3.4. a) Ekran üzerinden indüklenmiş ekran akımlarının dağılımı b) üzerinde
bir açıklık bulunan manyetik alan ....................................................................... 18 Şekil 3.5. a) Ekran üzerinde dikdörtgen yapıda bir açıklık olması durumunda akım
dağılımı b) boyu d olan bir dalga kılavuzu .......................................................... 19 Şekil 3.6. Ekran üzerindeki delikler ve ekran akım dağılımı ............................................ 20 Şekil 3.7. a) Havalandırma amaçlı çok sayıda açıklığa sahip ekran b) arı peteği
şeklinde açıklık modeli ......................................................................................... 21 Şekil 3.8. Bezayağı kumaşın a) geometrisi, b) deney nümunesi ....................................... 25 Şekil 3.9. Ribana a) geometrisi, b) numunesi ..................................................................... 26 Şekil 3.10. Süprem a) geometrisi, b) numunesi ................................................................. 26 Şekil 3.11. Bezayağı dokuma kumaşı için farklı malzemelerin SE değerleri ................... 29 Şekil 3.12. Kumaşların ekranlama etkinliklerinin kıyaslanması ...................................... 30 Şekil 3.13. Malzemelerin frekans bölgesi ve iplik yoğunluklarının değişiminin
ekranlama etkinliğine etkisinin 3-boyutlu olarak simüle edilmesi .................. 31 Şekil 3.14. Otomatik Faycon CKM-01-S örme makinesi .................................................... 32 Şekil 3.15. Passap Duomatic 80 örme makinesi ................................................................. 32 Şekil 3.16. Dokuma tezgahı .................................................................................................. 33 Şekil 3.17. Ahşap levha ......................................................................................................... 34 Şekil 3.18. a) Demir levha, b) demir levha kenarlığı .......................................................... 34 Şekil 3.19.Deney düzeneği şeması ...................................................................................... 35 Şekil 3.20. Deney düzeneği .................................................................................................. 36 Şekil 3.21. Düzeneğin içine sabitleştirilen anten ............................................................... 37 Şekil 3.22. a) Agilient N9310A RF, b) GW Instek GSP 827 ................................................ 37 Şekil 3.23. Deney düzeneğinin çalıştırılması, kontroller ................................................... 38 Şekil 4.1. Örme işlemi ........................................................................................................... 39 Şekil 4.2. Dokuma kumaş için iletken iplik bobini (200µm bakır özlü) ........................... 40 Şekil 4.3. Dokuma işlemi için gerekli iplikler ..................................................................... 40 Şekil 4.4. İpliklerin iğnelerden geçirilmesi ......................................................................... 41 Şekil 4.5. a) kumaşın gerdirilmesi, b) dokumanın tamamlanması, c) dokuma
aralıklarının görünümü ........................................................................................ 41 Şekil 4.6. Telin demir levha üzerine yerleştirilmesi .......................................................... 42 Şekil 4.7. a) Deneyde kullanılan yapıştırıcı, b) üst katmanın yerleştirilmesi ve
yapıştırılması ......................................................................................................... 42 Şekil 4.8. Bakır, gümüş ve çelik fiber içeren ribana kumaşın SE değerleri ...................... 44 Şekil 4.9. Bakır, gümüş ve çelik fiber içeren süprem kumaşın SE değerleri .................... 45 Şekil 4.10. Dokuma, yapıştırma ve karo numunelerinin SE değerleri ............................. 45 Şekil 4.11. Bakır özlü ribana ve süprem kumaşların SE değerleri.................................... 46 Şekil 4.12. Gümüş özlü ribana ve süprem özlü kumaşların SE değerleri ......................... 46 Şekil 4.13. Çelik özlü ribana ve süprem özlü kumaşların SE değerleri ............................ 47 Şekil 4.14. Tüm numunelerin SE değerleri ......................................................................... 47 Şekil 4.15. Ribana ve süprem kumaşların ekran yok iken ölçülen değerlerle
kaşılaştırılması ...................................................................................................... 48 Şekil 4.16. Dokuma kumaşlar ve metal ağ modellerinin ekran yokken ölçülen değerlerle
karşılaştırılması .................................................................................................... 48
viii
ÇİZELGELER DİZİNİ
Sayfa
Çizelge 3.1. Kumaş türleri için bazı katsayıların değerleri .......................................... 28 Çizelge 3.2. Malzeme Özellikleri............................................................................................. 29 Çizelge 4.1. Kullanılan deney numuneleri .......................................................................... 43 Çizelge 4.2. Farklı frekanslarda ekran numunelerinin SE değerleri (dB) .............. 43 Çizelge 4.3. Numune isimleri karşılıkları ........................................................................... 44
ix
SİMGELER VE KISALTMALAR DİZİNİ
B Manyetik akı yoğunluğu CGS Santimetre-Gram-Saniye Ölçü Sistemi D Elektrik akı yoğunluğu dB Desibel E Elektrik alan şiddeti SE Ekranlama Etkinliği EMA Elektromanyetik Alan EM Elektromanyetik EMC Elektromanyetik Uyumluluk EMI Elektromanyetik Girişim EIA Elektronik Endüstrisi Birliği f Frekans GHz Gigahertz H Manyetik alan şiddeti MHz Megahertz RF Radyo Frekansı SA Soğurma kaybı SAR Özgül Soğurma Oranı SE Ekranlama Etkinliği SI Uluslararası Birimler Sistemi SR yansıtma kaybı UHF Ultra Yüksek Frekans WHO Dünya Sağlık Örgütü i tesirli (kaynak) manyetik akım yoğunluğu d manyetik akım yoğunluğu yer değiştirmesi 0 Boşluğun manyetik geçirgenliği r Bağıl manyetik geçirgenlik Manyetik geçirgenlik σ0 Boşluğun iletkenliği σr Bağıl ilekenlik σ İletkenlik
1
1 GİRİŞ
Dört bir yanımızın elektronik cihazlarla donatılı olması ve insanların bu cihazları
kullanımından vazgeçememesi doğal olarak yaşadığımız alanlarda da
elektromanyetik kirliliğin oluşmasına neden olmaktadır. Elektromanyetik yayın
yapan kaynakların insan vücudunda sıcaklığı artırdığı deneylerle kanıtlanmıştır.
Süreklilik arzedebilecek böyle durumlarda vücut, sıcaklığını tolere edemez ve
hastalıklara davetiye çıkarılır (Aldrich, 1987; WHO 2012; De Santis, 2012; Cheng
2014).
Teknolojinin olanaklarından ödün vermeden ancak olası etkileri minimuma
çekmek için çeşitli elektromanyetik uyumluluk problemlerine farklı şekilde
yaklaşılarak optimum çözüm bulunması gerekmektedir. Bunun için birçok
yöntem geliştirilmiştir. Bunlardan biri de ekranlamadır. Ekranlama; kart, devre
ya da cihaz düzeyinde iki ortamı birbirinden elektromanyetik anlamda izole
etmek diye tanımlanır. Böylece kaynak ile kurban arasında konulan bir ekran
malzemesi sinyalin geçmesini tamamen veya kısmen engeller. Ekranlama
malzemesi olarak genellikle iletken veya ferromanyetik malzemeler
kullanılmaktadır. Bu malzemelerin iletkenliği veya manyetik geçirgenliği EM
sinyalinin yansımasında veya soğurulmasında etkin rol oynar (Sevgi, 2000).
İnsanların günlük hayatta EM kaynaklarına genellikle evlerinde maruz
kalmaktadırlar. Bunlardan en yaygın olanları RF ve mikrodalga frekanslarında
çalışan cep telefonları ve deck telefonları, DSL ve WiFi modemler, AM sinyal ve
uydu yayınları, mikrodalga fırını vs olarak sayılabilir. Bu çalışmada bu cihazların
çalışma frekansı olan RF ve mikrodalga frekans bölgesi incelenmiştir (Cheng vd.,
2014; Özdemir vd., 2015).
Elektromanyetik kaynaklardan etkilenmeyi aza indirgemek her kaynağa özgü
çözüm önerisinin olmasını gerektirir. Bunun başlıca sebebi ekranlama sırasında
her ekran malzemesinin farklı frekans bölgelerinde davranışlarının veya
ekranlama özlelliklerinin değişiklik göstermesidir. Bu nedenle ekranlama
yaparken seçilecek malzeme için bazı temel kuralların sağlanması şarttır. Buna
2
göre; malzemenin istenen veya beklenen seviyede ekranlama sağlayıp
sağlamadığının bilinmesi, süreklilik ve dayanıklılık koşullarının sağlanması,
kaynak veya ekran üzerindeki zaruri açıklıkların boyutunun optimumda
tutulması önemlidir (Weibler, 1993).
Bu çalışmada yaygın kullanılan metallerden bakır, gümüş ve paslanmaz çelik
ekranlama malzemesi olarak kullanılmıştır. Bu malzemelerin yüksek iletkenlik ve
manyetik geçirgenlik değerleri onları diğer metallerden daha iyi birer ekran
malzemesi kılar. Metallerin ince levha olarak kullanımının EMA’yı yeterince
engellediği çalışmalarca ortaya konulmuştur. Buna ek olarak ister havalandırma
gereği ister başka nedenlerden ötürü levhaların üzerinde açıklıklar bırakmak da
ekranlamayı belli ölçüde azaltsa da istenen değerlerde başarı elde etmek
mümkündür. Bazı durumlarda ise kat kat farklı ekran malzemesinin kullanımı ile
birinin dezavantajının diğerinin avantajı ile kapatılması ve dolayısı ile çok daha
iyi ekran modeli elde etmek de mümkündür. Fakat levhaların hantal olması ve
esnek olmayışı, maliyet ve çevre şartlarına dayanıklık gibi dezavantajlarının
oluşu onların bu şekilde kullanımını sorgular hale getirmektedir. Bahsi geçen
kriterlerin avantaja dönüştürülmesi için araştırmacılar metallerin toz veya fiber
halini farklı uygulamalara entegre ederek kullanmayı amaçlamışlardır. Bu
kapsamda ortaya çıkan ürünlerden biri de koruyucu tekstil kumaşlarıdır.
Koruyucu tekstil kumaşları EM ekranlama uygulamalarında yaygın kullanılan
ekran malzemesi olarak görülürler. Kumaşı oluşturan ipliğin metal bir fiber –
iplik karışımından elde edilmiş olması literatürde iletken kumaş olarak da
adlandırılmasını sağlamıştır.
İletken kumaşların başlıca özelliği yapısında bulundurduğu iletken veya
ferromanyetik malzemelerin elektromanyetik alanlara kalkan olarak
kullanılabilir olmasıdır. Bu kumaşların tercih edilmesindeki en büyük etken
esnek olması, dolayısı ile her türlü açıklığı kapatabilir, bağlantı noktalarından
sızıntıları engelleyebilir olmasıdır. Ayrıca seri üretiminin kolaylığı ve maliyet
düşüklüğü gibi nedenler de avantajlarındandır.
3
İletken kumaşların kullanım alanı oldukça geniştir. Günümüzde endüstrileşen bu
alanı giyilebilir teknolojide, askeriyede, tıpta görmek mümkündür. EM alanlara
hassas insanların online işlemler ile elde edebileceği kıyafet ve ev gereçleri de
buna örnek teşkil eder.
Çalışma kapsamında elektronik ev gereçlerinin büyük oranda çalışma frekansı
olan 750 – 2000MHz frekans bölgesi için Mil-Std-285 standartları da bir düzenek
ile bir dizi deneyler yapılmıştır. Deney malzemeleri olarak örme kumaş
türlerinden ribana ve süprem, dokuma kumaş türlerinden bezayağı kumaşı tercih
edilmiştir. Ayrıca kumaşların elde ediliş biçiminden farklı bir yöntem ile elde
edilen metal ızgarayı andıran yapılar da deneye test için eklenmiştir.
Örme kumaşların üretimi için iletken iplik bobini örme kumaşa verilmiş ilmek
sıklığı için makinenin iğneleri ayarlanmış ve örme işlemin geçilmiştir. Dokuma
işlemi için öncelikle iletken iplikten 3’er metre uzunluğunda iplikler elde edilmiş
ardından istenen iğne aralığında dokuma makinesinin iğnelerinden geçirilip
dokuma makinesinin ön ve arka iplik toplama bobinlerine gerdirilmek suretiyle
bağlanmıştır. Ardından mekik1 yardımı ile atkı ipliğinin sağ ve sola götürülerek
dokuma işlemi sürmüştür. Metal ağların elde edilmesi için demir levha bir
kenarından masaya sabitlenerek altının boş olması sağlanmıştır. Kare şeklindeki
demir levhanın kenarları 1mm’lik dişlere sahiptir. Öncelikle levhanın üzerine
herhangi bir kumaş konulmuştur. Fiberin dişlerden geçip levhanın altından
dönerek tekrar üzerine gelip tur tamamlamasının ardından karşı taraftaki diğer
dişin üzerinden geçip yeni tur başlatılarak desenler oluşturulmuştur. Beklenen
desen elde edildiğinde üzerine yapıştırıcı uygulanıp başka bir kumaş
konulmuştur. Yapıştırıcının kurumasının ardından kumaş ve arasındaki metal
ağın levhadan kurtulması için levhanın diş kenarlarından fiberler kesilmiştir.
Deneyde kullanılan teçhizatlar sinyal jeneratörü, spektrum analizörü, alıcı ve
verici anten olmak üzere 2 adet anten ve bağlantıları sağlamak üzere kablo ve
adaptörlerdir. Öncelikle, deney düzeneği içine alıcı ve verici anten birbirine karşı,
1 Dokumacılıkta, el dokuma tezgâhında ya da otomatik dokuma tezgahlarda atkı ya da argaç adı verilen ve enine olan iplikleri, arış denilen ve uzunlamasına olan ipliklerin arasından geçirmeye yarayan masuralı araç
4
arada 20x20cm’lik kare olacak şekilde yerleştirilmişlerdir. Sinyal jeneratöründen
verilen sinyal verici anten tarafından bu kare boşluktan alıcı antene iletilmiş ve
transfer edilen güç spektrum analizörü tarafından okunmuştur. Aynı işlem kare
boşluğa ekran malzemesinin konması ile devam etmiştir. Sonuç olarak, kare
boşlukta ekran malzemesi yokken okunan değerle kare boşlukta ekran
malzemesinin ardından elde edilen değerler karşılaştırılmış ve SE değerleri dB
olarak kaydedilmiştir. Değerler daha sonra Matlab programı ile grafik şeklinde
karşılaştırılmıştır.
Deneyde 750 – 2000MHz frekans bölgesi 16 frekans değerinde ölçüm yapılmıştır.
Bu frekans bölgesinin 50 ve 100MHz’lik dilimlere ayrıldığını gösterir. Fazla
sayıda noktanın bulunmaması grafikle elde edilen değerlerin ani yükselişi veya
düşüşü gibi görüntülere sebep olmakta ve frekans aralığı bazında yorum
yapmakta zorlanıldığından eğri uydurma yöntemi ile noktalar arasında yumuşak
geçişler sağlanmıştır. Böylece belli frekans bölgeleri için hangi malzemenin daha
iyi sonuç verdiğini gözlemlemek kolaylaşmıştır. Fakat eğri uydurmadan kaynaklı
meydana gelebilecek ufak çaplı hata payı düşünüldüğünde tekil frekansa karşılık
gelen SE değerleri deneylerde elde edilen değerlerden alınmıştır.
Deneyde hem tekil değerler hem de eğri uydurma ile edilen değerlerden gelen
frekans bölgesi SE değerleri birbirleriyle karşılaştırılmıştır. Buna göre 50µm
metal özlü ribana ve süprem örme kumaşlar arasında belirgin bir farkın olmadığı
ve tekil birkaç nokta dışındaki SE değerlerinin dışında literatürde görülen diğer
tekstil ürünlerinin çok altında olduğu görülmüştür. 50µm çapa sahip bakır özlü
dokuma kumaş 950 – 1150MHz ve 1650 – 1900MHz frekanslarında en iyi sonucu
verirken, ona en yakın sonucu 200µm çapa sahip bakır fiberden elde edilen ızgara
metal ağ vermiştir. 200µm çapa sahip bakır özlü dokuma kumaş karo desenli
metal ağla benzer sonuçlar vermiş olup SE grafiğinde orta sıralarda yer
bulmuşlardır.
5
2 KAYNAK ÖZETLERİ
Spiegel (1984), bir elektromanyetik kaynaktan meydana gelen ışınımın canlı
vücudu üzerinde oluşturduğu sıcaklık farklarını incelemiştir. Çalışmasında canlı
vücudu küp, silindir ve küre biçimlerinde düşünülmüş, canlı parçalarının fiziksel
özellikleri göz önünde bulundurularak soğurduğu radyasyon miktarı çeşitli
nümerik metotlar ile ortaya konmuştur. Vücudun iç organlarındaki sıcaklık
artışları grafiklerle gösterilmiştir.
Chung (2000), çalışmasında ekranlama için genelde yüksek iletkenlikli veya
yüksek manyetik geçirgenlikli ferromanyetik malzemeler seçilmesi gerekliliğini
belirtmiştir. Ona göre bu malzemeler soğurma özelliği sayesinde
elektromanyetik dalgayı büyük oranda engeller ve şiddetini zayıflatır.
Pocai ve Bottari (2003), çalışmalarında kumaşlar için henüz teorik
hesaplamaların olmadığını fakat kumaşların metal ağlara veya üzerinde açıklık
bulunduran metal levha yapılarına benzetilerek SE hesaplama yöntemlerinin
geliştirilebileceğini belirtmişlerdir. Araştırmacılar hesaplamaların temel SE
sonuçlarının elde edilebileceği mevcut denklemlerin kumaşlar için
uyarlanabileceğine vurgu yapmışlardır.
Su ve Chern (2004) çalışmalarında dokuma koruma kumaşı üretmek için
paslanmaz çelik özlü ipliklerden farklı tiplerde dokuma kumaşlar üretmişlerdir.
Koaksiyel iletim ekipmanları kullanılarak bu kumaşların elektromanyetik
ekranlama etkinlikleri ölçülmüştür. Deney sonuçları daha yoğun ve sıkı yapının
daha yüksek Emse değerine sahip olduğunu göstermiştir. En iyi SE değerine sahip
olan kumaşın bezayağı kumaşı olduğu saptanmıştır.
Cheng vd., (2006) çalışmalarında jakarlı el dokuma tezgahı kullanılarak dimi
(3/1) bakır dokuma kumaşlar üretmişlerdir. Farklı atkı ve çözgü sıklıkları, farklı
çaptaki bakır teller ve yerleşim açıları dikkate alınarak 144-3000MHz frekans
bölgesi için elektromanyetik ekranlama etkinliği ölçülmüştür. Kumaş katman
sayısındaki artış, atkı ve çözgü sıklığının artması ile ekranlama etkinliğinin arttığı
6
gözlemlenmiştir. Bakır tel çaplarının artmasının ise ekranlama etkinliğini
azalttığı görülmüştür.
Zhao vd (2007), çalışmalarında cep telefonu kaynaklı radyasyonun beyindeki
hücre ve neronlara zarar verip vermediğini araştırmışlardır. Sonuçlara göre
1900MHz frekans bandında yayılan elektromanyetik alanın özellikle neronlar
üzerinde olumsuz etkileri görülmüştür.
Roh vd., (2008) çalışmalarında EMI ekranlama teorisi ve malzemelerinin
kapsamlı bir incelemesini yapmışlardır. Çalışma kapsamında elektromanyetik
ekranlama özelliklerine sahip çok fonksiyonlu metal kompozit kumaş üretimi için
bir metod başarıyla geliştirilmiştir. Metal kompozit kumaşların em ekranlama
özelliklerine etki eden parametreler incelenmiştir. Metal kompozit kumaşların
em ekranlama etkinliklerinin metal ilmek sıklığı ve geometrisi değiştirilerek daha
yüksek seviyelere çekilebileceği görülmüştür.
Kılıç (2010), çalışmasında metal içerikli kompozit ipliklerden uygun iplik tipi
seçerek elektromanyetik radyasyona karşı koruyucu özellikte kumaşlar
geliştirmiştir. Kumaş numunelerinin üretiminde süprem, lacost, ribana, interlok,
atkı yatırımlı interlok, atkı yatırımlı askılı yapı gibi yapılar kullanılmıştır.
Geliştirilen kumaşların fiziksel özellikleri ve elektromanyetik ekranlama
etkinlikleri, karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Ekranlama etkinliklerinin
ölçümü koaksiyel tutucu metodu ve yankısız oda metodu olmak üzere iki ayrı
ölçüm metodu ile yapılmıştır. Yankısız oda metoduna göre yapılan ölçümlere
göre; belirli frekanslarda kompozit ipliklerle üretilen kumaş numunelerinden bir
kısmı ile 30 dB ve üzeri ekranlama yapılabileceği görülmüştür.
Palamutçu vd., (2010), çalışmalarında elektromanyetik ekranlama amaçlı
kullanılabilecek tekstil yüzeylerinin tasarlanıp üretilmesi ve yüzeylerin
elektromanyetik ekranlama etkinliklerinin ölçülebileceği bir ölçüm düzeneğini
tasarlayıp oluşturmayı hedeflemişlerdir. Öncelikle bakır, gümüş ve çelik fiberler
ile pamuk ipliğin birleştirilmesinden elde ettikleri iletken ipliklerle örme ve
dokuma türünden kumaşlar üretmişlerdir. Araştırmacıların belirlediği çalışma
7
frekansının 900MHz ve 1800MHz seçildiği deney sonuçlarına göre ekranlama
etkinliğinin iletken çeşidine ve çapına, dokuma kumaş yapısına, örme ilmek
sıklığına bağlı olduğu gözlemlenmiştir.
Wong vd (2012), US 8,208,980 B2 nolu başvuruları ile 2012’de patent sahibi
olmuşlardır. Bu araştırmacılar cep telefonu kullanımı sırasında beynin maruz
kaldığı SAR oranını %98’lere kadar düşüren ve telefonun sinyal alma gücünü
artıran cep telefonu kılıfı icat etmişlerdir. Bu gelişme üzerine aynı kılıflardan
dizüstü bilgisayarlar ve tablet pc’ler için de üretimleri gerçekleştirilmiş ve
ticarileştirilmiştir.
Liu vd., (2012; 2013) çalışmalarında kumaşların ekranlama etkinliği değerlerinin
teorik hesaplamalarla elde edilmesi araştırmalarının eksikliğine vurgu
yapmışlardır. Araştırmacılar metal yüzeyler için mevcut ekranlama etkinliği
denklemlerini, kumaşların karakteristik özelliklerini ve deney sonuçlarından
elde ettikleri SE değerlerini harmanlayarak kumaşlar için teorik hesaplama
yöntemi ve denklemleri geliştirmişlerdir. Temeli geleneksel SE denklemlerine
benzer hesaplama işlemlerinin, bezayağı, dimi ve saten dokuma kumaşları için
elde edilen birtakım katsayıların kullanımı ile değiştirilip kumaş hesaplamalarına
uygun hale getirilmesi amaçlanmıştır. Bu katsayılar kumaşın yoğunluğu, kalınlığı,
örgü tipi ve iplik sayısı gibi kumaşın yapısını oluşturan bazı karakteristik
özelliklerin değerlendirilmesi ile elde edilmiştir. Çalışma sonunda araştırmacılar
bahsi geçen dokuma kumaşların 2GHz frekansında teorik ve deneysel SE
sonuçlarını karşılaştırarak en fazla 3.1% hata oranında benzerliğin olduğunu
kanıtlamışlardır.
8
3 MATERYAL VE METOT
3.1 Ekranlama
Ekranlama; kart, devre ya da cihaz düzeyinde iki ortamı birbirinden
elektromanyetik anlamda izole etmek diye tanımlanır. Ekranlamanın etkili
olması ekranlanacak kaynağın cinsine bağlıdır. EMC problemlerinde iki tip
girişim kaynağı söz konusudur: elektrik dipolü gibi davranan kaynaklar,
manyetik dipolü gibi davranan kaynaklar. Elektrik dipol yakınında güçlü elektrik
alan, manyetik dipol ise yakınında güçlü manyetik alan oluşur. Uzak alanda iki
kaynağın etkileri açısından bir fark yoktur.
Elektrik dipolü gibi davranan girişim kaynağı yakınında elektriksel
ekranlama
Manyetik dipolü gibi davranan girişim kaynağı yakınında manyetik
ekranlama gereklidir.
Elektriksel ekranlama için mükemmel iletken duvarlar kullanılırken, manyetik
ekranlama ferro-manyetik malzemelerden oluşan filtrelerle sağlanır. Alüminyum
folyodan oluşan ince metal perdeler bile bazen yeterli elektriksel ekranlama
sağlayabilir. Pratikte şu noktalar önemlidir:
Ekranlama elektrik alanın düşük frekanslarda yansıtılması yüksek
frekanslarda soğurulması ile gerçekleşir.
Ekranlama manyetik alanın düşük frekanslarda soğurulması ile
gerçekleşir.
Yüksek iletkenlik, yansıma ve soğurulmayı pozitif yönde etkiler.
Yüksek manyetik geçirgenlik yüksek soğurulmaya neden olurken, düşük
yansıma oluşturur.
Çok düşük frekanslı manyetik kaynakların ekranlanacağı hallerde yüksek
manyetik geçirgenlikli malzemeler kullanılır.
Ekran kalınlığı arttıkça soğurulma artar.
Manyetik alan için kalın ekranlara ihtiyaç duyulurken elektrik alan için
ince yapılar (folyo kalınlığında) kullanılabilir.
9
Kaynak ile ekran arasındaki uzaklık yansıma özelliklerini değiştirir.
Elektrik kaynaklar ekrana yakın, manyetik kaynaklar ekrana uzak
yerleştirilmelidir.
Uygulamaya yönelik özel notlar:
Ekranlama yapısını tasarlamadan önce, elektrik, manyetik ya da her
ikisine de ihtiyaç duyulduğunun belirlenmesi gereklidir (çoğu durumda
elektriksel ekranlama gereksinimleri karşılamak için yeterli olmaktadır).
Manyetik ekranlama frekansın artması ile yükselir.
Elektriksel ekranlama ise belli bir frekansta minimum gösterir.
Sonuç olarak bir ekranlamanın EMC performansı, kullanılan malzemenin
özelliklerine, çalışma frekansına ve dikkate alınan kaynaklara bağlıdır. Ancak,
pratikte
Girişim kaynağına göre ekran konumu
Farklı ekran parçalarının arasındaki bağlantılar
Ekran üzerindeki delikler ve boşluklar
ve benzeri başka etkenler de baskın rol oynar.
3.1.1 Ekranlama Etkinliği
Ekranlamanın tipik bir ölçüsü olarak ekranlama etkinliği (SE) kullanılmaktadır.
SE kaynak ile kurban arasında ekran yok iken ölçülen (ya da hesaplanan) elektrik
alan şiddetinin ekran varken oluşan alan şiddetine desibel (dB) olarak oranı
şeklinde tanımlanmaktadır (Sevgi, 2004). Yüksek SE iyi ekranlama etkinliği
demek. Negatif SE ise çınlama (rezonans) yani ekranlama bir yana işaretin
kuvvetlenmesi anlamına gelmektedir.
Ekranlama problemlerini tamamen ortadan kaldırmak çok güçtür. Buna neden
olarak, ekranlama duvarındaki süreksizlikler, bağlantı noktaları, havalandırma
10
boşlukları, gözlemlenebilir açıklıklar ve anahtarlar olarak sıralanabilir. Bu
bölümde bu tür problemler aşılmaya çalışılacaktır.
Görünüşe göre, ekranlama, emitör ve alıcı arasına konulan metalik bariyerdir.
Elektromanyetik dalgalar metalik bariyerlerden geçtiklerinde metalin öz
empedansı
jZm
1
2
2/1
0
(3.1)
şeklinde ifade edilir. Bu empedansın değeri optik bölge altındaki frekanslarda, iyi
iletkenler için oldukça düşüktür.
İki ana mekanizma, yansıma ve emilme kaybı ekranlamanın en önemli kısmıdır.
Bu nedenle, ekranlama teorisi metallerin içinden iletime ve yüzeyinden
yansımaya dayanır (Şekil 3.1). Emitörden gelen elektromanyetik dalgalar kısmi
olarak düşük empedanslı ekranlama yüzeyinden yansır. Bunun sebebi ekran ile
yüzey arasındaki empedans uyuşmamasıdır. Bir kısım dalganın ekran tarafından
soğurulmasından geriye kalan ise iletilmektedir. Bununla birlikte, soğurulma
düşük olduğunda, ekranlama materyalleri yüzeylerinde birçok yansıma
gözlemlenmektedir.
11
Şekil 3.1. Düzlem dalga için ekranlama mekanizmasının şeması
Genel olarak katı iletkene bariyerin ekranlama etkinliği ( )SE dB , yansıma kaybı
( )R dB , soğurulma kaybı ( )A dB , ve iç yansıma kaybının ( )IR dB toplamı olarak
ifade edilebilir (Kodali, 2001).
dBdBdBdBSE IRAR )( (3.2)
3.1.2 Ekranlama teorisi ve ekranlama etkinliğinin hesaplanması
Ekranlama etkinliğini ölçerken teorik ve pratik arasında büyük farklar olduğu
görülmektedir. Pratik ekranlama frekans, kaynağın ekranlamaya olan uzaklığı,
alanların polarizasyonu, ekrandaki süreksizlikler vs gibi faktörlere
dayanmaktadır. Radyasyon yayan kaynağa yakın bölgeler yüksek şiddetli
alanların enine ve boyuna bileşenlerine maruz kalmaktadır. Bu alanlar
enerjilerinin büyük kısmının E ve H bileşenlerinde olmasından elektrik ve
manyetik alanlardır. Elektrik ve manyetik alan bileşenlerinin birim uzaklıklarının
teğetsel bileşeni oranıyla tanımlanmış dalga empedansıyla ilişkilidir.
12
t
t
H
EZ
(3.3)
Bu sebepten, elektrik alanın yoğunluğu daha baskın ise dalga empedansı yüksek,
manyetik alanın baskın olduğu durumlarda ise dalga empedansı düşük değerlere
sahiptir.
Kaynaktan yeteri kadar uzak bölgede 2 / 2r D ( 0 / 2D ) veya 0 / 2r (
0D ) elektromanyetik dalga düzlem dalgaya dönüşmekte ve dalga
empedansı aşağıdaki gibi olmaktadır.
j
jZw
(3.4)
Burada D kaynağın büyüklüğüdür. Optik frekans sınırı altında serbest uzayda
aşağıdaki gibidir ( 0 ):
120
0
00wZ (3.5)
Kaynağı sırasıyla küçük elektrik dipolü veya küçük manyetik döngü olarak kabul
ederek elektrik ve manyetik alan empedansların değerini hesaplamak mümkün
(Kodali, 2001). Yakın alan bölgesinde ( 2/0r ) elektrik ve manyetik alan
empedansları sırası ile aşağıdaki formüllerle hesaplanabilmektedir.
000
2
rZE
(3.6)
13
0
0
02
rZH (3.7)
Şekil 3.2. Kaynaktan uzaklaştıkça empedans değerlerinin değişimini simule
etmektedir.
Şekil 3.2. Kaynaktan uzaklaştıkça dalga empedansının değişimi
Bu alanların ekranlama etkinliği SE, alıcıdaki duvar yokken etkiyen şiddetin
duvar varken olan şiddetlerin oranına eşittir.
2
110log10dBdalgaDüzlem
P
PSE (3.8)
2
110log20dBalanıE
E
ESE (3.9)
2
110log20dBalanıH
H
HSE (3.10)
Burada P1, E1, H1 emitör ve kurban arasında ekran duvarı yok iken, P1, E1, H1 ise
ekran duvarının olduğu zamanlardaki değerlerdir. Elektrik ve manyetik alanları
empedansı için duvardan önce ve sonra aynı değere sahip olduğu varsayımı
yapılmaktadır.
14
3.1.3 Tek ekran
Optik frekans sınırının altında kalan iletkenler için, 0 olduğunda iletken
akımı yer değiştirme akımından çok daha büyüktür. Herhangi bir i açısında
gelen elektromanyetik dalga için metalin elektrik parametreleri aşağıdaki gibidir.
Metal içinde normal yönünde ilerleme sabiti
jK
1
2
2/1
0 (3.11)
Metal içinde normal yönünde sönümleme sabiti
2/1
0
2
(3.12)
Yüzeyde, alanın 1e ’e ulaştığı sırada deri derinliği
2/1
0
2
(3.13)
Ekran içindeki faz hızı ve dalga boyu
0
0
0
ccv
(3.14)
Tanım gereği, yansıma kaybı (Kodali, 2001)
15
4
1log20log20dB
2
1010
TR (3.15)
gibidir. Burada T duvardan geçen net iletim katsayısıdır, ν gelen dalga
empedanslarının oranının ekran malzemesinin empedansına oranı ( 0 / Zm ), ve
0 ise serbest uzayın yalın empedansıdır (120 ).
t kalınlığındaki ekrandan geçen dalganın soğurulma kaybı
tA 686.8 (dB) (3.16)
İç yansıma kaybı ise
fjt
IR e
12
2
2
101
11log20 (3.17)
dir. Soğurulma kaybı A ’nın 15 dB’den büyük olduğu durumlarda iç yansıma
kaybı ihmal edilebilir. Düzlem dalganın tek ekranın toplam ekranlama etkinliği
(3.26) – (3.28) denklemleri ile hesaplanabilir.
3.1.4 Çoklu lamine ekran
Şekil 3.3. empedans değerleri Zm1,Zm2,...Zmn olan n tane metalin ve hava
boşluklarının bulunduğu çok katmanlı ekranlamayı göstermektedir.
16
Şekil 3.3. Çoklu lamine ekran örneği
Toplam yansıma kaybı her yüzeydeki yansıma kayıplarının toplamı olarak ifade
etmek mümkündür. Matematiksel olarak (Kodali, 2001),
2
1
log202
1
log202
1
log20
1112
1log20
1
0
10
1
2
10
0
1
10
1
0
1
2
0
110
n
n
nR
ZmZm
ZmZm
ZmZm
ZmZm
(3.18)
Toplam sönümleme kaybı n adet ekranın sönümleme kayıplarının toplamıdır.
nnA ttt 21686.8 (dB) (3.19)
Burada n ve nt değerleri her bir n’inci ekranın sönümleme ve kalınlığına denk
gelmektedir. Not edilmesi gereken bir diğer konu ise Zm1, Zm2 ve diğerlerinin
değerleri frekansın kareköküyle değişim göstermektedirler. Bu sebepten, metal-
metal arayüzündeki yansıma kaybı frekans bağımlı değildir. Bu daha çok metal
hava arayüzlerinde geçerlidir (Kodali, 2001). Görüldüğü gibi, malzemenin
17
empedansını ve kalınlığını kontrol ederek çoklu ekranlamanın etkinliğini
artırmak mümkündür.
İç yansımaları göz önünde bulundurduğumuzda ortaya çıkan düzeltme deyimi
aşağıdaki gibi olacaktır (Kodali, 2001).
nn
nn
tK
n
tKtK
tK
n
tKtK
IR
e
ee
eee
2
10
2
210
2
110
22
2
2
110
1log20
1log201log20
111log20
2211
2211
(3.20)
Burada,
tnnnn
tnnnn
nZmZmZmZm
ZmZmZmZm
1
1 (3.21)
nnn fjK 1 (3.22)
Olmaktadır. Burada, tnmZ her bir katmanın sağında tespit edilen empedansı ifade
eder (Kodali, 2001).
3.1.5 Açıklık ve deliklerin ekran üzerinde etkisi
Pratik uygulamalarda ekranlar üzerinde bağlantı noktaları, anahtarlar, ölçü
aletleri, havalandırma, kablo bağlantıları vb. nedenlere bağlı olarak açıklıklar ve
delikler bulunabilmektedir. Bu açıklık ve delikler ekranda süreksizliğe neden
olmakta ve ekranlama etkinliğini azaltmaktadır. Özellikle manyetik alanın
ekranlamasında bu açıklıklar nedeniyle kaçaklar meydana gelir. Bir ekran
üzerinde bu şekilde mevcut süreksizlik noktaları nedeniyle oluşan kaçak miktarı
temel olarak üç ana faktöre bağlıdır. Bunlar, açıklık boyutu, dalga empedansı ve
kaynak frekansıdır.
18
Bir ekrana gelen alanlar, ekran üzerinde bir akım indüklerler. Şayet bir ekran
üzerinden açıklık veya delik şeklinde süreksizlik noktaları varsa, indüklenen
ekran akımları bu süreksizlik noktalarından etkilenirler. Bu durum ekran
verimini azaltan bir etki oluşturur. Şekil 3.4a’da ekran üzerinde indüklenmiş
ekran akımları ve Şekil 3.4b’de ise ekran üzerindeki bir açıklıktan manyetik alan
kaçağının nasıl oluştuğu gösterilmiştir (Arı ve Özen, 2008).
a) b)
Şekil 3.4. a) Ekran üzerinden indüklenmiş ekran akımlarının dağılımı b) üzerinde bir açıklık bulunan manyetik alan
Şekil 3.5a’da dikdörtgen şeklinde bir açıklığın olması durumunda, açıklık
nedeniyle ekran akımlarının dağılımı gösterilmiştir. Burada W açıklığın büyük
kenarı, h yükseklik ve d ise kalınlıktır. Bu model dikdörtgen yapıda bir dalga
kılavuzu modelidir (Arı ve Özen, 2008). Ekranlardaki açıklık ve deliklerin ekran
etkinliği üzerine etkisi dalga kılavuzlarından yararlanılarak analiz edilir.
19
a) b)
Şekil 3.5. a) Ekran üzerinde dikdörtgen yapıda bir açıklık olması durumunda akım dağılımı b) boyu d olan bir dalga kılavuzu
Bir dalga kılavuzunda zayıflama kavramı, kılavuzun kesim frekansı (fc) veya dalga
boyu (λc) ile ilişkilidir. Bu durumda dalga kılavuzunun boyutları önemli hale gelir.
Şekil 3.5b’de gösterilen dikdörtgen şeklindeki bir dalga kılavuzunun kesim
frekansı aşağıdaki gibi bulunur.
W
cfc
2 (3.23)
Burada c = 3x108 m/s ışık hızı ve W ise açıklın en büyük boyutudur. Kesim
frekansının üzerindeki frekanslarda EM dalga açıklıktan zayıflamadan geçer.
Kesim frekansının altındaki frekanslar için ekran zayıflaması oluşur. Çalışma
frekansının kesim frekansından küçük olması durumda, dikdörtgen açıklık için
ekranlama etkinliği, ccff , için aşağıdaki gibi ifade edilebilir.
Wf
cSE
2log20dB (3.24)
Birden çok açıklık ekranlama etkinliğini doğal olarak azaltmaktadır. Bu durumda
ekranlama etkinliği
20
nWf
cSE log10
2log20dB (3.25)
formulü ile hesaplanmaktadır. Burada n toplam açıklık sayısıdır.
Şekil 3.6’da ekran üzerinde dairesel delikler ve dağılımı gösterilmiştir (Arı ve
Özen, 2008). Burada D daire çapı ve d ise ekran kalınlığına karşılık gelmektedir.
Şekil 3.6. Ekran üzerindeki delikler ve ekran akım dağılımı
Şekil 3.6’de gösterilen dairesel kesitli açıklık için, dalga kılavuzunun kesim
frekansı aşağıdaki gibi ifade edilir.
D
cfc
841.1 (3.26)
Kesim frekansından küçük çalışma frekansları için dairesel yapıdaki deliklerin
olması durumunda zayıflama ise aşağıdaki gibi bulunur.
dBD
d
c
dfSA 326.54 (3.27)
Şekil 3.7a’da ekran üzerinde belli bir düzende dağılmış havalandırma amaçlı delik
model, Şekil 3.7b’de ise arı peteği şeklindeki açıklık modeli gösterilmiştir.
21
a) b)
Şekil 3.7. a) Havalandırma amaçlı çok sayıda açıklığa sahip ekran b) arı peteği şeklinde açıklık modeli
Bu düzenlemeye bağlı olarak ekran verimi azalır. Bu azalma miktarı EMI
kaynağının dalga boyu, açıklık boyu ve açıklık sayısına bağlıdır. Kesim
frekansından küçük frekanslarda, s<λ/2 için ekranlama etkinliği aşağıdaki gibi
ifade edilir.
dBNDf
cSE log10
2log20 (3.28)
Burada N açıklık sayısı, D açıklık boyudur. Havalandırma amacıyla ekranda petek
şeklinde açıklıkların kullanılması (Şekil 3.7b) durumunda ekran etkinliği
aşağıdaki gibi ifade edilir.
dBD
hN
Df
cSE 3.27log10
2log20 (3.29)
Burada N ekrandaki petek sayısı, D petek boyu ve h ise petek derinliğidir. Genel
olarak en büyük genişliği W olan herhangi bir açıklık için ekran zayıflatması şu
ifade ile verilir. (f<fc)
dBD
dSA 30 (3.30)
22
3.1.6 Elektrik ve manyetik alan ekranlama etkinliği
Sırasıyla (3.17), (3.18) denklemlerindeki E ve H alanlarından doğan ZE ve ZH
empedanslarını ve (3.12)’deki metalin yalın empedansını kullanarak yansıma
kaybı aşağıdaki denklemler ile hesaplanır.
r
r
EEE
fr
Zm
Z
Zm
Z
32
10
10
log10332
1burada;4
log20)dB(
(3.31)
ve
1burada;log1015dB210
Zm
Z
fr
H
r
rH
(3.32)
Burada μr havaya bağlı geçirgenlik sabiti, σr bakıra bağlı iletkenlik sabiti, f Hz
cinsinden frekans ve r ise kaynak ile ekran duvarı arasında metre cinsinden
uzaklıktır. Düzlem dalga için yansıma kaybı (3.26) denkleminden
r
rRP
f
10log102.168 (3.33)
olarak bulunur. Bu üç alan tipi için soğurulma kaybı aynı denklem ile
çözülmektedir.
)cm(34.3dB2/1tfrrA (3.34)
Elde edilen denklemlerden yola çıkarak ekranlamada dikkate alınması gereken
durumlar için aşağıdakiler söylenebilir;
23
Soğurma:
Elektromanyetik dalganın frekansının, ekran kalınlığının ve ekranın
manyetik geçirgenliği ve iletkenlik sabitinin artması soğurulma kaybının
artmasına neden olmaktadır.
Yansıma:
Genel olarak, iletkenliğin artması ve geçirgenliğin azalması ilse yansıma
kaybı artmaktadır.
Elektrik alanı için yansıma:
Frekansta ve kaynak ile ekran arasındaki mesafenin azalması ile E-
alanının yansıma kaybı artmaktadır.
Manyetik alanı için yansıma:
Frekansta ve kaynak ile ekran arasındaki mesafenin artması ile H-alanının
yansıma kaybı artmaktadır.
Düzlem dalga için yansıma:
Frekanstaki azalma ile düzlem dalganın yansıma kaybı artmaktadır.
3.2 Ölçüm Düzeneği
Mil-Std-285 1956’da ortaya konulan Amerikan askeri standardı Mil-Std-285,
ekranlama etkinliği ölçümlerinin kurucusudur. Standart daha sonraları geri
çekilmiş olmasına rağmen geliştirilmiş ölçme teknikleri ve yeni standartların
ortaya çıkarılmasında rol oynamıştır. Metot tek ortak duvarlı, birbirinden ayrı, iki
yalıtılmış oda kullanmaktadır. Ortak duvarın test örneklerinin koyulduğu bir
boşluğu vardır. Bir odada, verici anten, diğerinde ise alıcısı anten bulunmaktadır.
İki anten doğrudan birbirine yönlendirilmiştir ve birbirlerinden sabit bir
uzaklıkta bulunmaktadırlar. Verici anten sabit bir güç ile ışıma yapar. Alıcı anten
ise transfer edilen gücü, ortak duvardaki boşlukta ölçümü yapılmak istenen test
örneği varken ve yokken ölçer. Test örneğindeki ekranlama etkinliği bu iki ölçme
arasındaki farktan elde edilir. Yöntemin dezavantajları ölçümlerin anten
yerleşimine bağlı olması ve yalıtılmış odanın içerisindeki elektromanyetik
dalganın yansımaları, açıklığın rezonansı gibi sorunlar olarak sıralanabilir.
(Karakaş, 2012).
24
3.3 Kumaşlar
Çalışma kapsamında dokuma ve örme türü iletken kumaşların ekranlama
özelliklerinden faydalanılmıştır. Örme kumaşlar ipliklerin ilmek2 formunda yan
yana ve üst üste bağlantı kurarak bir yüzey oluşturması ile üretilen tekstil
yapılarıdır. Dokuma kumaşlar ise atkı ve çözgü ipliklerinin doksan derece açı ile
birbirleriyle düz çizgi halinde kesişmeleri sonucu bağlantı oluşturarak doku
yüzeyi oluşturan yapılardır. Örme ve dokuma kumaş arasındaki farklılıklar
aşağıdaki gibidir (CANDAN, 2000):
Örme kumaşlar genel olarak dokuma kumaşlara göre daha esnek bir
yapıya sahiptir.
Örme kumaşlar genel olarak dokuma kumaşlara göre daha gözenekli
yapıdadır.
Örme kumaşlar genel olarak dokuma kumaşlara göre daha yumuşak
tutumludur.
Örme kumaşlar genel olarak dokuma kumaşlara göre buruşmaya daha az
yatkındır.
Örme kumaşlar genel olarak dokuma kumaşlara göre daha iyi su emme
yeteneğine sahip olabilirler.
Örme kumaşlar genel olarak dokuma kumaşlara göre daha iyi yalıtım
özelliğine sahiptir.
Örme kumaşların üretiminde kullanılan iplikler dokuma kumaşlara göre
az bükümlü ipliklerdir.
Atkılı örmede kullanılan makinelerde farklı incelik ve kalınlıktaki kumaş
üretimi için makine inceliğine göre farklı makineler kullanılırken; dokuma
makinelerinde her türlü incelik ve kalınlıktaki kumaş aynı makinede
üretilebilir.
Örme kumaştan yapılan ürünler çorap, tayt, atlet, iç çamaşırı, sweat, t-
shirt, eşofman, bebe giysileri üretilirken, dokumada ise pantolon, gömlek,
ceket, kaban, mont, salopet, şort, yağmurluk olarak karşımıza çıkar.
2 İlmek örmenin en temel yapıtaşı olup ipliğin tek tur dönmesidir.
25
3.3.1 Dokuma kumaşlar
Çalışma için dokuma kumaşların yapı olarak en temel formunu oluşturan
bezayağı dokuma kumaşı üretilmiştir. Bunun için atkı – çözgü iplikleri arasında
2mm mesafe olan, 50µm ve 200µm bakır özlü kumaş üretilmiştir.
3.3.1.1 Bezayağı
Dokuma örgüleri içerisinde en basit örgü bezayağı örgüsüdür. Atkı ipliğinin
kumaş eni boyunca, çzgü ipliklerinin bir altından, bir üstünden geçerek diğer atkı
ipliğinin ters hareket yaparak oluşturduğu örgüdür (Şekil 3.8).
a) b) Şekil 3.8. Bezayağı kumaşın a) geometrisi, b) deney nümunesi
3.3.2 Örme kumaşlar
Örme iğnelerinin ipliklerle oluşturduğu özel ters U şekilli iplik halkalarından
meydana gelen form yapıya ilmek adı verilir. Bu form yapı fiyonk olarak da ifade
edilmektedir. Bir baş, gövde ve ayak (bacak) olarak üç kısımdan meydana gelir.
Örme kumaşlar, ipliklerin ilmeklerin yan yana ve üst üste bağlantı kurarak bir
yüzey oluşturması ile üretilen tekstil yapılarıdır (CANDAN, 2000).
3.3.2.1 Ribana
Ön ve arka yüzü aynı görünümlü, enine olarak yüksek esneme kabiliyetine sahip
lastik örgülü esnek kumaşlardır. Genellikle yakalarda, kol ve etek ucunda, bayan
ve erkek body üretiminde kullanılır (Şekil 3.9a,b).
26
a) b) Şekil 3.9. Ribana a) geometrisi, b) numunesi
3.3.2.2 Süprem
Ön ve arka yüzü birbirinden farklı, nispeten ince kumaşlardır. Genellikle slip,
atlet, fanila, t-shirt, iç çamaşırı yapımında kullanılır (Şekil 3.10a,b).
a) b) Şekil 3.10. Süprem a) geometrisi, b) numunesi
27
3.4 Kumaşlarda SE Hesaplaması
Kumaşlar örgü türlerine göre birbirlerinden farklılık göstermektedir. İçinde belli
yoğunlukta metal içerikli fiber barındıran kumaşlar hesaplama yapılırken şekil
olarak düzlemsel metal tabakaya benzetilebilir (Liu vd., 2013). Yeni denklem
çıkarılması fikri kumaşın düzlem metal tabakaya benzetilmesine dayanmaktadır.
Ekranlama etkinliği ölçmek için ekranın kalınlığına ihtiyaç vardır. Bir kumaşın
kalınlığı aşağıdaki denklem ile ifade edilebilir.
2
10w v
d ph D D
(3.35)
Burada d - ipliğin (ip+fiber) yarıçapı, p - iplik içindeki fiberin yüzde olarak
yoğunluğu, Dw ve Dv ise kumaşın enine ve boyuna 10cm bölüm başına düşen iplik
sayısını ifade eder. Yukarıda belirtildiği üzere kumaş düzlem ekran yerine
konulabileceğinden, denklemde t yerine h değerini uygun birim çevrimlerini
yaparak yerleştirirsek ekranlama etkinliği
2
168.16 10log 1.311000
rw v r r
r
f d pSE D D f dB
(3.36)
gibi olur. Ancak kumaş içinde fiberin örgüsü yüzünden çoklu iç yansımaların
mevcutluğu bu denklemde bir düzeltme katsayısı ihtiyacını doğurur. Böylelikle
katsayısı ile tanımlı ekranlama etkinliği denklemi
2
168.16 10log 1.311000
rw v r r
r
f d pSE D D f dB
(3.37)
halini alır. Bu katsayının bulunması yapılan deneylerle ortaya çıkarılmış ve
tümevarım koşullarını ufak hatalarla yakalamıştır. Buna göre katsayısı
60 0.31Tk D (3.38)
ile hesaplanabilir. Bu sonucu ekranlama etkinliği yerine koyarsak
28
60 0.312
w vc
D DSE k SE
(3.39)
denklemini elde ederiz. Buradaki sabitler test sonuçlarına göre farklı kumaş
türlerinde farklı değerler türettiğinden, değişken isimleri ile değiştirilebilir.
Böylece nihai ekranlama etkinliği ölçümü (Liu, vd. 2013)
2
w vc b b
D DSE k D SE
(3.40)
denklemi ile yapılabilir. Burada bD toplam yoğunluk olarak tanımlanır. Gerçekte
bu değer ancak ve ancak testler esnasında değeri belirlendiğinde, değerinin
ani değişimi söz konusu olduğunda 2
w vD D değerine eşittir. Bu ise farklı kumaş
türleri için tek ani değişim ve tek değer anlamına gelir. Diğer kumaşlar için de
katsayılar Çizelge 3.1’de verilmiştir.
Çizelge 3.1. Kumaş türleri için bazı katsayıların değerleri (Liu, vd. 2013)
Kumaş türü Bezayağı Dimi Saten
Eşdeğer katsayı 310k 1.38 1.31 1.23
Düzeltme katsayısı be 0.31 0.30 0.28
Toplam yoğunluk bD 60 66 74
Bu çıkarımlar ve denklemler sonucu aşağıdaki çizelgede özellikleri verilen
malzeme barındıran kumaşlar simüle edilmiştir. Seçilen malzeme ve kumaşların
sadece fiziksel yönlerinden kaynaklanan iletkenlik ve manyetik geçirgenlik
katsayıları (Çizelge 3.2) birbirinden farklıdır. Diğer iplik çapı, iplikteki yüzdelik
yoğunluğu, 10cm başına düşen iplik sayısı gibi kriterler bu bölümde tüm
kumaşlar için aynı seçilmiştir.
29
Çizelge 3.2. Malzeme Özellikleri (Clayton 2006)
Malzeme Adı r r Yoğunluk (p)
Gümüş 1.05 1 %17 Bakır 1 1 %17 Çelik (SAE 1045) 0.1 1000 %17 İnox (Paslanmaz çelik 430) 0.02 500 %17
Ekranlama etkinliğini etkileyecek bir diğer faktörde birim mesafede bulunan
iplik sayısıdır. Bunu iplik yoğunluğu olarak düşünebiliriz. İplik yoğunluğu artar
ise doğal olarak iplikler birim mesafede birbirlerine daha yakın olur, sıklaşır. Bu
durumda da elektromanyetik emilimde artış gözlenir. Bu durum ekranlama
etkinliğinin artmasına katkı sağlar.
750 – 2000MHz frekans bölgesinde Çizelge 3.1’den bezayağı için elde edilmiş
katsayıların kullanımı ile her malzemenin SE değerleri Şekil 3.11’deki gibi
çıkmaktadır.
Şekil 3.11. Bezayağı dokuma kumaşı için farklı malzemelerin SE değerleri
Şekil 3.11’de görüldüğü üzere gümüş ve bakır manyetik geçirgenlik katsayılarının
aynı ve iletkenlik katsayılarının da bir birine yakın olması sebebi ile benzer grafik
üretmektedirler. İnox fiberinin manyetik geçirgenliğinin yeterince yüksek olması
ekranlama etkinliğini artıracakken, iletkenliğinin çok düşük olması sebebi ile
diğer malzemelerden geri kalmaktadır. Ancak çelik ağırlıklı kumaş bakıra
0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 1.5 1.65 1.8 1.95
19.3672
19.3891
19.4111
19.4331
19.455
19.477
19.499
Gümüş iplik
Frekans (GHz)
SE
(dB
)
0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 1.5 1.65 1.8 1.95
19.2706
19.2952
19.3198
19.3445
19.3691
19.3937
19.4183
Bakır iplik
Frekans (GHz)
SE
(dB
)
0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 1.5 1.65 1.8 1.9522.0937
23.3146
24.5355
25.7564
26.9773
28.1982
29.4191
Çelik iplik
Frekans (GHz)
SE
(dB
)
0.75 0.9 1.05 1.2 1.35 1.5 1.65 1.8 1.95
12.2239
12.4993
12.7747
13.0501
13.3255
13.6008
13.8762
İnox iplik
Frekans (GHz)
SE
(dB
)
30
nispeten düşük iletkenlik katsayısına karşın yüksek manyetik geçirgenliği
sayesinde ekranlama etkinliklerinin düzenli olarak arttığı görülmektedir.
Kumaşların kendi aralarında kıyaslaması Şekil 3.12’daki gibidir.
Şekil 3.12. Kumaşların ekranlama etkinliklerinin kıyaslanması
Şekil 3.12’den görüldüğü üzere Şekil 3.11'de düşük ekranlama etkinliği
bölgesinde sıkışıp parabolik çizim sunan bakır ve gümüşün çeliğin hızla arttığı bir
bölümde sabit bir değermiş gibi görünmesi söz konusudur.
Ekranlama etkinliğini etkileyecek bir diğer faktörde birim mesafede bulunan
iplik sayısıdır. Bunu iplik yoğunluğu olarak düşünebiliriz. İplik yoğunluğu artar
ise doğal olarak iplikler birim mesafede birbirlerine daha yakın olur, sıklaşır. Bu
durumda da elektromanyetik emilimde artış gözlenir. Bu durum ekranlama
etkinliğinin artmasına katkı sağlar. Şekil 3.13’da belirlenen frekans bölgesi için
tüm kumaşların ekranlama etkinliklerinin farklı yoğunluklarda ölçümleri 3-
boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Burada enine ve boyuna yoğunluğun eşit
olduğu varsayımı yapılmıştır.
31
Şekil 3.13. Malzemelerin frekans bölgesi ve iplik yoğunluklarının değişiminin ekranlama etkinliğine etkisinin 3-boyutlu olarak simüle edilmesi
Şekil 3.13’den görüldüğü üzere yoğunluk arttıkça ekranlama etkinliği
artmaktadır. Bu durum renkli olarak ifade edilmiş, değerler hem grafikten hem
de colormap renk çubuğundan izlenebilir.
3.5 Numune Eldesi
3.5.1 Kumaşların hazırlanması
Örme kumaşlar, pamuk ve iletken fiberin birleşmesi ile elde edilen iletken telin
sarıldığı bobinin Faycon CKM-01-S ve Passap Duomatic 80 makinelerine
yerleştirilmesi ve ardından makinenin otomatik veya manüel olmasına bağlı
olarak uygun işlemlerin takip edilmesi sonucu üretilmiştir.
32
Şekil 3.14. Otomatik Faycon CKM-01-S örme makinesi
Şekil 3.15. Passap Duomatic 80 örme makinesi
Şekil 3.14’a ve Şekil 3.15’teki örme makineleri ile deneylerde kullanılmak üzere
ribana, süprem türü örme kumaşlar üretilmiştir.
Dokuma kumaşlar dokuma el tezgahında üretilmiştir. Örme kumaşlara göre zor
olan dokuma işlemi için deseni oluşturacak her çözgü ipliğinin tüm iğnelerden
geçmesi gerekmektedir. İğnelerin boş geçmesi iplikler arası, atkı – çözgü
boşluğunu belirler. Dokuma esnasında atkı ipliği bir bobin kullanılarak çözgü
ipliklerinin arasından geçerek deseni oluşturmuştur. Numunelerin elde edildiği
tezgah Şekil 3.16’te gösterilmiştir.
33
Şekil 3.16. Dokuma tezgahı
Deney için dokuma tezgahında bezayağı kumaş üretilmiştir. Ancak tezgahın
ayarlarında yapılacak değişiklikler ile temelini bezayağı örüntüsünden alan dimi,
saten, panama vs. ve bunların türevleri gibi kumaşların elde edilmesi
mümkündür.
3.5.2 Yapıştırma ekran hazırlanması
Birçok çalışmada (Pocai ve Pottari, 2003; Perumalraj ve Dasaradan, 2010; Liu vd.,
2012) üzerinde kumaş deseninde bulunan açıklıklık bulunduran metal levhaların
kumaşlarla eşdeğer varsayılabileceği belirtilmiştir. Bu kapsamda çalışmada
kumaşların yanısıra benzer modelin elde edilmesi hedeflenmiştir. Bunun için
kare biçiminde bir ahşabın kenarları üzerine kağıt cetvel yapıştırılmıştır.
Ardından 5mm aralıklarla cetvel üzerine kesikler atılmıştır. Buradaki amaç metal
tel kullanılarak açıklık mesafelerinin 5mm katına denk ızgara oluşturabilmektir.
İlgili yapı Şekil 3.17’daki gibidir.
34
Şekil 3.17. Ahşap levha
Ahşap levha ile elde edilecek ızgara açıklığı ancak 5mm katları olacaktır. Daha
küçük açıklıklara ulaşmak ve işlemin kolaylaştırılması için demir tabaka
üretilmiştir (Şekil 3.18).
a) b)
Şekil 3.18. a) Demir levha, b) demir levha kenarlığı
Demir levhanın kenarlarındaki dişler (Şekil 3.18b) yaklaşık 1mm genişliğindedir.
Böylece daha daha sıkı ızgaralar üretmek mümkündür.
Nihai ekran ürününü elde etmek için levha üzerine sıradan bir kumaş konulur.
Uygun mesafeler belirlendikten sonra metal tel kesik veya diş üzerlerinden
gergin bir şekilde geçirilerek levha üzerinde ızgara formunu oluşturur. Ekran
35
yeterli boyutlara geldiğinde gergin tellerin kıpırdamasını engellemek için üzerine
yapıştırıcı uygulanır ve üzeri başka bir kumaş ile örtülerek baskı uygulanır.
Yapıştırıcı kuruduktan sonra ekran ürününü demir levhadan kurtarmak için
kumaş kenarlarından çıkıp levha dişlerine giden her bir tel kesilir.
3.6 Deney Düzeneği
Deneyler Pamukkale Üniversitesi Elektrik Elektronik Mühendisliği
laboratuarlarında gerçekleştirilmiştir. Deneyler MIL-STD-285 standartlarında
hazırlanmış düzenek içine yerleştirilmiş kumaş örneğinin ekranlama etkinliğinin
ölçümü ile yapılmıştır. Deney düzeneği şeması Şekil 3.19’daki gibidir.
Şekil 3.19.Deney düzeneği şeması
Burada, 60x60x300cm ebatlarında, tam merkez noktasında 20x20cm’lik kare
boşluk barındıran, elektromanyetik girişimi engelleyen bir düzenek
görülmektedir. Düzünek içinde alıcı ve verici antenler yerleştirilmiş, düzenek
içine sinyal verme / okuma işlemi düzenek dışında bulunan sinyal jeneratörü ve
spektrum analizörü ile sağlanmıştır. Sinyal iletimi koaksiyel kablolar vasıtasıyla
gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneği Şekil 3.20’da gösterilmiştir.
36
Şekil 3.20. Deney düzeneği
Elektromanyetik ekranlama ölçümü düzeneği iskelet yapısı metal profiller ve bu
profillerin üzeri alüminyum levhalarla kaplanarak oluşturulmuş olan dikdörtgen
prizma şeklindedir. Kaplama malzemesi olarak alüminyum/kauçuk/alüminyum
(1mm-2mm-1mm) şeklinde katmanlı yapıda levhalar kullanılmıştır. Levhaların
bağlantı kenarları ve köşeler tam temas sağlayacak şekilde birleştirilmiştir.
Alüminyum levhanın dış yüzeyi ayrıca tam sızdırmazlık sağlanması için
alüminyum folyo ile kaplanmıştır (Şekil 3.20).
Deney düzeneği içerisine 2 adet anten yerleştirilmiştir. Bunlar Miniwing GSM &
S dualband antenlerdir. 824 – 960MHz ve 1710 – 1990MHz aralıkları için uygun
antenlerdir. Çalışmada 750 – 2000MHz frekanslarında alıcı ve verici anten
görevi üstlenmişlerdir.
Anten ile numunenin yerleştirildiği kare açıklık arasındaki mesafe uzak alan
kavramına göre hesaplanmış ve 53cm olarak hesaplanmıştır. Uzak alan düzlem
dalganın etkin olduğu bölgede, 𝑅 > 2𝐷/∝ (Kodali, 2001) denklemi ile
belirlenmektedir. Bu nedenle çalışma için en yüksek frekans olan 2000MHz’e
göre belirlenen bu mesafe diğer küçük frekanslar için mesafe şartını
sağladığından anten ile ekran malzemesi arasındaki açıklık tüm frekans aralıkları
için 53cm olarak kalmıştır.
37
Deneyde kullanılan anten Şekil 3.21’de gösterilmiştir.
Şekil 3.21. Düzeneğin içine sabitleştirilen anten
Deney düzeneği için kullanılan sinyal jeneratörü Agilient N9310A RF cihazıdır.
Sinyal jeneratörü 3GHz’ kadar sinyal üretebilmektedir. Çalışmada bu cihazdan
750 – 2000MHz frekans bölgesinde sinyaller üretmesi için faydalanılmıştır.
Deney için kullanılan bir diğer cihaz da GW Instek GSP 827 spektrum analizör
ünitesidir. 2.7GHz’e kadar sinyal ölçümü gerçekleştiren bu cihaz ekranlama
ölçümleri için kullanılmıştır.
İlgili sinyal jeneratörü ve spektrum analizörü Şekil 3.22’de verilmiştir.
a) b) Şekil 3.22. a) Agilient N9310A RF, b) GW Instek GSP 827
Ölçüm düzeneğinde kullanılan cihazların birbirine bağlanması için kullanılan ara
kablolar ve adaptör uçlar, cihazların ve antenlerin empedansları ile uyumlu
olarak seçilmiştir.
38
3.6.1 Deney düzeneğinin çalıştırılması
Sistemin çalışması sinyal jeneratöründen belirlenmiş bir güç ve frekansa sahip
sinyalin düzenek içindeki verici antene koaksiyel kablo ile gönderilmesi ile
başlamaktadır. Verici anten sinyali numune ile kapatılan 20x20cm ebatındaki
açıklıktan alıcı antene göndermektedir. Alıcı antene gelen sinyal spektrum
analizörü ile okunup, elde edilen veriler bilgisayara aktarılmaktadır.
Şekil 3.23. Deney düzeneğinin çalıştırılması, kontroller
Deney için öncelikle antenler arasına kumaş yerleştirilmeden ölçüm yapılmış ve
ölçüm verileri kontrol ölçümleri olarak kaydedilmiştir. Daha sonra numune
kumaşlar kullanılarak yapılan ölçüm verileri kaydedilmiştir. Kumaşsız yapılan
ölçüm sonuçları ile kumaşlı yapılan ölçüm sonuçları arasındaki fark (aynı frekans
değerleri için olan veriler) numune kumaşlar sayesinde elde edilen ekranlama
etkinlik değeri olarak kabul edilmiştir.
39
4 ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA
4.1 Numuneler
Deneylerde süprem ve ribana örme kumaşlar, dokuma kumaşlar ve metal
ızgaralar ekranlama malzemesi olarak kullanılmıştır.
4.1.1 Örme kumaş üretimi
Örme kumaş üretimi için öncelikler iletken ipliğin sarılı olduğu bobin örme
makinesine konulmuş ve ipliğin ucu çekilerek iğneye verilmiştir. Ardından örme
işlemine başlanmıştır. 10cm kadar derinliğinde bir kumaş örülmesinin ardından
kumaşın gergin örülmesi için kumaşın alt bölümüne ağırlık bağlanmıştır. Bu
yapılmaz ise iğne ipliği bir önceki ilmekten geçirmek yerine örülen kumaşın
üzerinden tekrar geçer. Örme işlemi Şekil 4.1’deki gibidir.
Şekil 4.1. Örme işlemi
Ayrıca ilmek sıklığının ayarlanması ile farklı açıklıklarda örme kumaş elde
etmek mümkündür.
4.1.2 Dokuma kumaş üretimi
Dokuma kumaş için kullanılan iplikler iplik katlama büküm makinesinden
yararlanılarak elde edilmiş 50 µm ve 200µm bakır tel – pamuk iplik birleşimi
ipliklerdir. İletken iplik bobini Şekil 4.2’deki gibidir.
40
Şekil 4.2. Dokuma kumaş için iletken iplik bobini (200µm bakır özlü)
Dokuma tezgahının 80 iğnesinin kullanılacağına karar verildiğinden her ipliğin
ayrı ayrı hazır edilip tezgahın iğnelerinden geçirilerek tezgahın her iki tarafındaki
bobinine belli gerginlikte sabitlenmesi gerekmektedir.
Dokuma işleminin başlaması için bobinden 3’er metre uzunluğunda iplikler
kesilmiştir (Şekil 4.3).
Şekil 4.3. Dokuma işlemi için gerekli iplikler
41
Elde edilen iplikler dokuma tezgahının iğnelerinden bezayağı dokuma türünü
oluşturacak şekilde geçirildi (Şekil 4.4).
Şekil 4.4. İpliklerin iğnelerden geçirilmesi
Çözgü İpliklerin gruplar halinde tezgahın bobinine sarımı ve gerdirilmesinin
ardından mekik içinde bulunan atkı ipliğinin sağa ve sola turları yaptırılarak
dokuma işlemi devam ettirilmiştir. Sonuç Şekil 4.5’deki gibidir.
a) b)
c)
Şekil 4.5. a) kumaşın gerdirilmesi, b) dokumanın tamamlanması, c) dokuma aralıklarının görünümü
42
Dokuma kumaş üretimi örme kumaşlara göre daha uzun soluklu ve maliyetlidir.
Bunun sebebi ise örme kumaş üretimi için tek bobinin makineye yerleştirilmesi
yeterli iken dokuma kumaşlar için kumaşın eni boyunca geçmesi düşünülen her
ipliğin makinedeki her iğneden sırası ile geçmesi gerekliliğidir.
4.1.3 Metal ızgara üretimi
Izgara elde etmek için öncelikle metal levha üzerine kağıt veya kumaş
konulmuştur. Bakır tele, dişler arasında 1 diş pas geçilerek çapraz bir açıda karşı
taraftaki dişlerden geçerek kağıdın yüzeyini tamamlayıncaya kadar tur
attırılmıştır. Tur tamamlandığında tele aksi yönde bir tamamlayıcı tur daha
attırılmıştır. Böylece karo desenli bir yapı elde edilmiştir (Şekil 4.6).
Şekil 4.6. Telin demir levha üzerine yerleştirilmesi
Telin levha üzerindeki dönüşlerinin tamamlanmasının ardından üst katmanın
yapıştırma işlemine geçilmiştir (Şekil 4.7). Böylece desenin iki yüzey arasında
sabit kalması sağlanmıştır.
a) b) Şekil 4.7. a) Deneyde kullanılan yapıştırıcı, b) üst katmanın yerleştirilmesi ve
yapıştırılması
43
4.2 Deney
Deney 750 – 2000MHz frekans bölgesinde MIL-STD-285 standartlarında
hazırlanmış bir düzenek, sinyal jeneratörü, spektrum analizörü ve alıcı ve verici
olmak üzere 2 anten yardımı yapılmıştır.
Deneylerde kullanılan numuneler Çizelge 4.1’deki gibidir.
Çizelge 4.1. Kullanılan deney numuneleri
Numuneler Fiberler Bakır Gümüş Çelik
Ribana 50 µm 50 µm 50 µm Süprem 50 µm 50 µm 50 µm Dokuma 50 µm x x Dokuma 200 µm x x Izgara 200 µm x x Karo 200 µm x x
Ölçümler her 50 – 100MHz’lik frekans değerleri için yapılmıştır. Bu nedenle
grafik gösteriminde SE değerlerinin keskin dönüşleri söz konusudur. Belli bir
frekans aralığının bu şekilde kontrolü zor olduğundan Matlab’de curvefitting
yöntemi ile SE değerlerini baz alacak eğri uydurma işlemine gidilmiştir. Fakat en
yüksek tekil değerlerin tespitinde Çizelge 4.2’den faydalanılmıştır.
Çizelge 4.2. Farklı frekanslarda ekran numunelerinin SE değerleri (dB)
Nu
mu
ne
Frekans (MHz)
750 850 900 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1800 1850 1950 2000
N1 2 13 3 7 9 3 4 3 4 4 18 7 9 12 4 9 N2 2 1 1 1 13 5 2 1 19 3 7 7 0 9 2 4 N3 0 7 6 3 5 11 5 2 3 1 10 8 4 3 8 6 N4 3 3 0 0 24 7 2 1 4 7 12 6 0 14 3 5 N5 4 6 1 0 15 2 1 2 11 2 9 16 9 9 5 0 N6 0 8 0 2 12 0 0 2 7 2 6 6 5 8 6 4 N7 10 7 21 22 21 30 9 15 18 9 20 20 21 28 18 22 N8 7 6 9 9 23 15 3 16 9 2 18 13 4 10 21 13 N9 6 6 11 21 19 28 5 1 6 4 24 19 0 22 21 12 N10 9 6 9 6 27 7 5 10 16 2 20 20 10 6 18 10
44
Burada N1,N2…N10 olarak tanımlanan kodlamalara karşılık gelen numunelerin
isimleri Çizelge 4.3’deki gibidir.
Çizelge 4.3. Numune isimleri karşılıkları
N1 – Ribana bakır N5 – Süprem gümüş N9 – Yapıştırma ızgara N2 – Ribana gümüş N6 – Süprem çelik N10 – Karo desen N3 – Ribana çelik N7 – Dokuma 50 N4 – Süprem bakır N8 – Dokuma 200
Ribana örme kumaşı için bakır, gümüş ve çelik tel içeren numunelerinin SE
değerleri Şekil 4.8’deki gibidir.
Şekil 4.8. Bakır, gümüş ve çelik fiber içeren ribana kumaşın SE değerleri
Şekil 4.8’de bakır, gümüş ve çelik fiber içeren ribana kumaşın SE değerleri
verilmiştir. Buna göre frekans bölgesinin alt kısmında, 900 – 1200MHz
bölgesinde malzemeler arasında fark olmamasına karşın, 1400 – 1450MHz
bölgesinde gümüş özlü kumaşın en iyi sonucu verdiği görülmüştür. Ribana için
en yüksek değerin 1450MHz’de 19dB olduğu tespit edilmiştir.
850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 19500
2.5
5
7.5
10
12.5
Frekans (MHz)
Ekra
nla
ma
Etk
inliğ
i (d
B)
Ribana Bakır
Ribana Gümüş
Ribana Çelik
45
Şekil 4.9. Bakır, gümüş ve çelik fiber içeren süprem kumaşın SE değerleri
Şekil 4.9’da bakır, gümüş ve çelik fiber içeren süprem kumaşın SE değerleri
verilmiştir. 950 – 1150MHz bölgesinde en iyi bakır iken 1800MHz cıvarında
yakın değerler elde edilmesine rağmen bakır özlü kumaşın yine en iyi sonucu
verdiği görülmektedir. En yüksek değer bakır özlü kumaş için 1050MHz’de
24dB’dir.
Şekil 4.10. Dokuma, yapıştırma ve karo numunelerinin SE değerleri
Şekil 4.10’da 50µm ve 200µm çaplı bakır özlü bezayağı dokuma, 200µm
yapıştırma ve 200µm bakır telden hazırlanmış karo numunelerinin SE değerleri
verilmiştir. Burada en iyi sonucu 950 – 1150MHz frekans bölgesinde 50µm bakır
850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 19500
2.5
5
7.5
10
12.5
15
Frekans (MHz)
Ekra
nla
ma
Etk
inliğ
i (d
B)
Süprem Bakır
Süprem Gümüş
Süprem Çelik
850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 19500
2.5
5
7.5
10
12.5
15
17.5
20
22.5
25
27.5
Frekans (MHz)
Ekra
nla
ma
Etk
inliğ
i (d
B)
Dokuma 50
Dokuma 200
Yapıştırma
Karo
46
özlü bezayağı kumaşı ve ızgara metal ağı vermiştir. Ayrıca 1650 – 2000MHz
bölgesi için de bezayağı kumaşın en iyi sonucu verdiği görülmektedir. 200µm
bakır özlü bezayağı kumaş ile karo desen metal ağ ise genel olarak birbirine
benzer sonuçlar vermiş olup, grafikteki en düşük değerlere sahiptirler. Tekil
frekans değerlerinde dokuma 50; 1150MHz’de 30dB ve 1850MHz’de 28dB’lik SE
verirken, ızgara modeli 1150MHz’de 28dB’lik en iyi sonuçlarını vermişlerdir.
Şekil 4.11. Bakır özlü ribana ve süprem kumaşların SE değerleri
Şekil 4.11’de bakır özlü ribana ve süprem kumaşların SE değerleri verilmiştir.
Burada 950 – 1200MHz bölgesinde ve 1850Mhz cıvarında süprem, 1550MHz
frekans cıvarında ise ribana kumaşın daha iyi sonuç verdiği görülmektedir.
Şekil 4.12. Gümüş özlü ribana ve süprem özlü kumaşların SE değerleri
850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 19500
2.5
5
7.5
10
12.5
15
Frekans (MHz)
Ekra
nla
ma
Etk
inliğ
i (d
B)
Ribana Bakır
Süprem Bakır
850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 19500
2.5
5
7.5
10
Frekans (MHz)
Ekra
nla
ma
Etk
inliğ
i (d
B)
Ribana Gümüş
Süprem Gümüş
47
Şekil 4.12’de gümüş özlü ribana ve süprem kumaşların SE değerleri verilmiştir.
Kumaşlar benzer sonuçlar verdiğinden kıyaslama yapılacak tek uygun bölge
1400 – 1650MHz frekans bölgesidir. Burada gümüş özlü ribana kumaşın süpreme
göre daha iyi sonuç verdiği görülmektedir.
Şekil 4.13. Çelik özlü ribana ve süprem özlü kumaşların SE değerleri
Şekil 4.13’te çelik özlü ribana ve süprem özlü kumaşların SE değerleri verilmiştir.
Burada 950 – 1250MHz ve 1650 – 1800MHz bölgesinde ribana iyiyken, süprem
kumaş ancak 1900MHz cıvarında daha iyi sonuç vermiştir.
Şekil 4.14. Tüm numunelerin SE değerleri
Şekil 4.14’de tüm numunelerin SE değerleri verilmiştir. Burada numunelerin
geneli için 900 – 1200MHz ve 1600 – 1900MHz bölgesi için artış eğilimi
gözlenirken diğer frekans bölgelerinde tam tersinin gerçekleştiği görülmektedir.
850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 19500
2.5
5
7.5
10
Frekans (MHz)
Ekra
nla
ma
Etk
inliğ
i (d
B)
Ribana Çelik
Süprem Çelik
850 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1850 19500
2.5
5
7.5
10
12.5
15
17.5
20
22.5
25
27.5
Frekans (MHz)
Ekra
nla
ma
Etk
inliğ
i (d
B)
Ribana Bakır
Ribana Gümüş
Ribana Çelik
Süprem Bakır
Süprem Gümüş
Süprem Çelik
Dokuma 50
Dokuma 200
Yapıştırma
Karo
48
Tüm numunlerin orijinal okunan değerlerinin ekran yokken karşılaştırmalı elde
edilen değerleri ise Şekil 4.15 ve Şekil 4.16’deki gibidir.
Şekil 4.15. Ribana ve süprem kumaşların ekranlama etkinliğinin ekran yok iken ölçülen değerlerle karşılaştırılması
Şekil 4.16. Dokuma kumaşlar ve metal ağ modellerinin ekranlama etkinliklerinin ekran yokken ölçülen değerlerle karşılaştırılması
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Ribana Bakır
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Ribana Gümüş
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Ribana Çelik
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Süprem Bakır
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Süprem Gümüş
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Süprem Çelik
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Dokuma 50
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Dokuma 200
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Yapıştırma
800 1000 1200 1400 1600 1800 2000-60
-50
-40
-30
-20
-10
0
Frekans (MHz)
Güç (
dB
m)
Ekran yokken
Karo
49
5 SONUÇ VE ÖNERİLER
Ekranlama metodu elektromanyetik alan şiddetinin engellenmesinde kullanılan
en pratik yöntemlerden biridir. Ekran malzemlerini test etmek için gereken
deneyler uluslararası kuruluşlarca standartlaştırılmış yöntem ve cihazlarla
yapılmaktadır. Bu çalışmada da Mil-Std-285 standardından yararlanılmıştır.
Ayrıca sinyal jeneratörü, spektrum analizör, 2 adet anten, kablo ve adaptörlerden
faydalanılmıştır.
Deneyde 10 adet numune 750 – 2000MHz frekans bölgesi için test edilmiştir.
Bunlar 50µm bakır, gümüş ve çelik özlü ribana ve süprem örme kumaşları, 50 µm
ve 200µm özlü bezayağı dokuma kumaşı ve yapıştırma yöntemi ile elde edilen
karo ve ızgara şeklinde metal ağlardır. Kumaşlar örme ve dokuma makinelerinde,
metal ağlar ise özel olarak hazırlanmış demir levha yardımı ile üretilmiştir.
Deneyde ekran malzemesinin SE’yi ölçmeden önce ekran yok iken verici
antenden gönderilen sinyalin alıcı antenden okunması öncelikli adım olmuştur.
Okunan değerler sonraki ekran malzemeleri için referans noktası kabul
edilmiştir.
Antenler ile ekran arasındaki mesafe uzak alan kapsamında değerlendirilmiş ve
53cm olması çalışılan frekans bölgesindeki tüm frekanslar için uygun olacağı
hesaplanmıştır. Antenler arası mesafe veya kayıplardan dolayı ekran olmadan
dahi sinyal iletiminde aynı sinyalin alınmadığı gözlenmiştir. Fakat ekran
malzemesinin değerlendirilmesi antenlerin ilk konfigürasyonundaki değerlerin
referans gösterilmesine bağlı olmasından dolayı bu dezavantaj ölçüm sonucu için
sorun teşkil etmemiştir.
Deney tek girdi sinyaline karşın tek çıktı sinyali elde edilmesi ile yürütülmüştür.
750 – 2000MHz frekans bölgesi geniş bir alan içerdiğinden frekans bölgesi 50 ve
100MHz’lik dilimlere ayrılmış ve toplam 16 ayrı frekans değerine karşılık ekran
malzemesinin SE değeri elde edilmiştir. Sonuçların grafikle gösterimi sonucu SE
değerlerinde ani artış ve yükselişler görülmekte ve frekans bölgeleri için uygun
50
ekran malzemesinin seçiminin yorumlanması zora girmiştir. Bu nedenle sonuçlar
çalışmaya 2 farklı başlıkta yansıtılmıştır; öncelikli olarak, ölçüm yapılan her
frekanstaki her numunenin SE değerleri çizelge ile gösterilmiştir. Buradan
faydalanılarak her malzemenin en yüksek değerinin hangi frekansta elde edildiği
saptanmıştır. Daha sonra ise Matlabde eğri uydurma kodları ile numunelerin SE
değerleri baz alınarak noktaların bir polinom üzerine yerleştirilmesi dolayısı ile
noktalar arası yumuşak geçişin sağlanması yapılmıştır. Bu yöntem ile değerlerde
ani oynamalara rağmen oluşturulan eğri üzerinden hangi frekans bölgesinde
hangi malzemenin daha iyi sonuç verdiği veya kararlı olduğu belirlenmiştir. Fakat
eğri uydurmadan dolayı oluşan hata paylarını etkisiz kılmak için tekil frekans
değerine karşılık SE değerinin tespiti ilk elde edilen çizelge üzerinden yapılmıştır.
Deney sonuçlarına göre numunelerin genelinin 950 – 1150MHz, bir kısmının ise
1650 – 1900MHz frekans bölgesinde yüksek SE değerleri vermiştir. En yüksek
neticenin dokuma 50µm ile 950 – 1150MHz bölgesi için 21 – 30dB’lik SE değerleri
verdiği görülmüştür. Aynı frekans bölgesinde yapıştırma ızgara diye tabir edilen
metal ağ da yüksek SE değerlerine sahip olup 22 – 28dB’lik sonuçlar üretmiştir.
Dokuma 200 µm ve karo desen metal ağ’ın sonuçları birbirine benzer olup 15 –
25dB’lik sonuçlar üretmişlerdir. Örme kumaşlar tüm malzemeler için dokuma
kumaş ve metal ağ modellerinde daha kötü SE sonuçları vermiştir. Örme
kumaşlar arasında bakır özlü süprem kumaş 950 – 1150MHz bölgesi için en iyi
sonucu vermiştir.
Bakır, gümüş ve çelik fiber içeren ribana ve süprem örme kumaşlar için
kıyaslamalar yapılmıştır. Ribana için bakır, gümüş ve çeliğin olduğu kumaşlar için
SE değerleri benzer iken, süprem kumaşlarda gümüş ve çeliğin benzer, bakırın
ise daha iyi sonuç verdiği görülmüştür. Bundan yola çıkarak bakırın gümüş ve
çeliğe göre daha iyi olduğu söylenebilir. Fakat bakır içeren kumaşın SE
değerlerinin diğerlerinden açık ara önde olmaması nedeni ile bu 3 malzemenin
arasında sıralama yapılması uygun görülmemiştir.
Bezayağı dokuma türü kumaşı oluşturan iletken ipliğin içinden pamuk iplik
alındığında geriye metal telden ızgara kalır. Dolayısı ile deneyde kullanılan
51
kumaşın yapısı yapıştırma yöntemi ile elde edilen ızgara metal ağa
benzemektedir. Benzerliğe rağmen dokuma 200µm kumaş daha kötü sonuç
vermiştir. Ayrıca, bakır özlü 50µm ve 200µm dokuma kumaşlarının
karşılaştırılması da yapılmıştır. Sonuç düşük çaplı fiberin olduğu kumaşın daha
iyi SE verdiğini göstermiştir. 200µm iletken çapına sahip bir fiberin dokuma
esnasında iplik aralarından geçmesi sırasında fiberin kalın olması sebebi ile
pamuk iplikle beraber dokunmaması, deforme olması ve kumaşın homojen bir
açıklıktan uzak olmasına neden olmuştur.
Çalışma ile bazı örme ve dokuma kumaşların ve kumaşlara yapı olarak benzer
olan metal ağların ekranlama testleri yapılmıştır. Deney sonuçları ile en iyi ekran
malzemeleri ve sonuçları etkileyen sebepler açıklanmıştır. Ekran malzemesi
seçimi onun SE değerleriyle beraber, elde etme koşulları ve üretim maliyetleri,
kullanım alanları, süreklilik gibi koşulların sağlanmasına bağlı olarak
değişebilmektedir.
52
KAYNAKLAR
Aldrich,T.E., Easterly, C.E., Electromagnetic Fields and Public Health, Environmental Health Perspectives, Vol: 75,pp.159-171,1987.
Arı, N., Özen Ş., 2008. Elektromanyetik Uyumluluk, Palme Yayıncılık, 232,
İstanbul. Cheng K. B.,Cheng T.,W., Nadaraj R.,N., Giri Dev V. R., Neelakandan R.,
Electromagnetic Shielding Effectiveness Of The Twill Copper Woven Fabrics, Journal Of Reinforced Plastics And Composites, Vol. 25, No. 7, 699-709 (2006)
Cheng, L., Zhang, T., Guo, M., Li, J., Wang, S., Tang, H., 2014. Electromagnetic
shielding effectiveness and mathematical model of stainless steel comoposite fabric. The Journal of The Textile Institute.106(6). s. 577-586.
Chung, D.D.L. , “Materials for Electromagnetic Interference Shielding”, Journal of
Materials Engineering and Performance, vol. 9, no.3, pp.350-354,January 2000.
Clayton, R.P., 2006. Introduction to Electromagnetic Compatibility, 2nd ed.,
1016p. USA, John Wiley & Sons Inc. De Santis, V., Ear Temperature Increase Produced by Cellular Phones Under
Extreme Exposure Conditions, Microwave Theory and Techniques, IEEE, Vol:60, Issue: 6, June 2012.
Karakaş, B., 2012. Nanoakışkan malzemelerin elektromanyetik ekranlama
özellikleri. Süleyman Demirel Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 156, Isparta.
Kılıç, G., 2010. Elektromanyetik radyasyona karşı koruyucu özellikte antistatik
örme kumaşların üretimi için farklı kompozit ipliklerin geliştirilmesi. Erciyes Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Yüksek Lisans Tezi, 194, Kayseri
Kodali, P., 2001. Electromagnetic Compatibility, 2nd ed, WILEY-IEEE Pres, New
York. Liu, Z., Wang, X.C., 2012. Influence of fabric weave type on the effectiveness of
electromagnetic shielding woven fabric. Journal of Electromagnetic Waves and Applications, 26. 1848-1856.
Liu, Z., Wang, X.C., Zhou, Z., 2013. Computation of shielding effectiveness for
electromagnetic shielded blended fabric, Przeglad Elektrotechniczny ISSN 0033-2097,R.89 NR 3a.
53
CANDAN, C., Düz Örme Teknolojisi Kitabı, İstanbul, 2000 Özdemir,H., Uğurlu, Ş.S., Özkurt,A., 2015. Electromagnetic Shielding of Textured
Steel Yarn Based Woven Fabrics Used for Clothing. Journal of Industrial Textiles, 45(3), 416-436.
Palamutçu, S., Özek, A., Karpuz, C., Dağ, N., Öztürk, P., 2010. Elektromanyetik
kalkanlama özelliği olan tekstil yüzeylerinin üretimi ve yüzeylerin kalkanlama etkinlik alanının araştırılması, Tübitak proje no: 107M454..
Perumalraj, R., Dasaradan, B.S., 2010. Electromagnetic Shielding Effectiveness of
Doubled Copper-Cotton Yarn Woven Materials, Fibres & Textiles in Eastern Europe. Vol. 18, No. 3(80) pp74-80.
Pocai, M.R., Bottari, E.,2003. Electromagnetic Charcaterization of Protective
Clothing. Roh, J.S., Y.S.Chi, T.J. Kang, S.Nam, Electromagnetic Shielding Effectiveness of
Multifunctional Metal Composite Fabrics, Textile Research Journal 2008; 78; 825
Sevgi, L., 2000. Elektromanyetik Uyumluluk Elektromanyetik Kirlilik, Yapım
Matbaa, İstanbul. Spiegel, R. J., A Review of Numerical Models for Predicting the Energy Deposition
and Resultant Thermal Response of Humans Exposed to Electromagnetic Fields, IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, Vol MTT-32, no. 8, August 1984.
Su, Ching-Iuan, Chern, Jin-Tsair, Effect of Stainless Steel-Containing Fabrics on
Electromagnetic Shielding Effectiveness, Textile Research Journal, Jan 2004
Weibler, J. 1993. Properties of Metals Used for RF Shielding. EMC Test & Design. Wong, A.Y., Moreno, R., Shields, K.R., Wang, R., Radiation Redirecting External
Case for Portable Communication Device and Antenna Embedded in Battery of Portable Communication Device, United States Patent, No: US 8,208,980 B2, Jun 26,2012.
World Health Organization, 2012. Establishing a Dialogue on Risks from
Electromagnetic Fields, 65s.Geneva, Switzerland. Zhao, T.Y., Zou, S., Knapp, P.E., Exposure to cell phone radiation up-regulates
apoptis genes in primary cultures of neurons ans astrocytes, Neuroscience Letters, Vol 412, Issue 1, 22 January 2007, pp34-38.
54
EKLER
EK A. Matlab kodları
55
EK A. Matlab kodları
% 9 numune için deney sonuçları % %%%%%%%%%%%%%%%%% close all; clear; k = [-22 -25 -14 -14 -6 -15 -20 -24 -38 -29 -18 -17 -24 -16 -12 -23 ]; r1b = [-20 -38 -17 -21 -15 -18 -24 -27 -42 -33 -36 -24 -15 -28 -16 -14 ]; r2g = [-24 -26 -15 -15 -19 -20 -18 -25 -57 -32 -25 -24 -24 -25 -14 -19 ]; r3c = [-22 -18 -20 -17 -11 -26 -25 -26 -41 -28 -28 -25 -28 -19 -20 -29 ]; s1b = [-19 -22 -14 -14 -30 -22 -18 -25 -42 -22 -30 -23 -24 -30 -15 -18 ]; s2g = [-18 -31 -15 -14 -21 -17 -19 -22 -49 -27 -27 -33 -15 -25 -17 -23 ]; s3c = [-22 -33 -14 -12 -18 -15 -20 -26 -45 -31 -24 -23 -19 -24 -18 -19 ]; dok1 = [-32 -32 -35 -36 -27 -45 -29 -39 -56 -38 -38 -37 -45 -44 -30 -45 ]; dok2 = [-29 -19 -23 -23 -29 -30 -23 -40 -47 -31 -36 -30 -28 -26 -33 -36 ]; yap = [-28 -19 -25 -35 -25 -43 -25 -25 -44 -33 -42 -36 -24 -38 -33 -35 ]; kar = [-31 -19 -23 -20 -33 -22 -25 -34 -54 -31 -38 -37 -34 -22 -30 -33 ]; kk = abs([r1b-k; r2g-k; r3c-k; s1b-k; s2g-k; s3c-k; dok1-k; dok2-k; yap-k; kar-k]);% a11; a12; a13]; ss = [r1b; r2g; r3c; s1b; s2g; s3c; dok1; dok2; yap; kar]; frekans = [ 750 850 900 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1800 1850 1950 2000 ]; set(0, 'DefaultAxesColorOrder',[1 0 0;0 1 0;0 0 1; 1 0 1], ... 'DefaultAxesLineStyleOrder','-|--|:'); legend_str = { 'Ribana Bakır', 'Ribana Gümüş', 'Ribana Çelik', 'Süprem Bakır', 'Süprem Gümüş', 'Süprem Çelik', 'Dokuma 50','Dokuma 200', 'Yapıştırma', 'Karo'}; % legend_str = { 'Ribana Bakır', 'Ribana Gümüş', 'Ribana Çelik'} % legend_str = { 'Süprem Bakır', 'Süprem Gümüş', 'Süprem Çelik'} % legend_str = { 'Dokuma 50','Dokuma 200', 'Yapıştırma', 'Karo' } % legend_str = { 'Ribana Bakır','Süprem Bakır'} % legend_str = { 'Ribana Gümüş','Süprem Gümüş'} % legend_str = { 'Ribana Çelik','Süprem Çelik'} kk1 = kk; k1 = linspace(750,2000); [a b] = size(kk1); for i = 1:a tmp = kk1(i,:); p = polyfit(frekans,tmp,7); y1 = polyval(p,k1); plot(k1,y1,'linewidth',2); legend(legend_str)%,'location','NorthEastOutside'); axis([850 2000 0 10]); Xlabel('Frekans (MHz)','FontSize', 12); Ylabel('Ekranlama Etkinliği (dB)','FontSize', 12); set(gca,'Ytick',0:2.5:25); set(gca,'Xtick',850:100:2000); grid on;
56
hold all; end hold off; % figure; subplot(2,3,1); for i = 1:6 subplot(2,3,i); plot(frekans,k,'b',frekans,ss(i,:),'r-.','linewidth',2); hold on legend(['Ekran yokken', legend_str(i)], 'location','SouthWest'); axis([725 2025 -60 0]); Xlabel('Frekans (MHz)'); Ylabel('SE (dB)'); grid on; end hold off; figure subplot(2,2,1); for i = 1:4 subplot(2,2,i); plot(frekans,k,'b',frekans,ss(i+6,:),'r-.','linewidth',2); hold on legend(['Ekran yokken', legend_str(i+6)], 'location','SouthWest'); axis([725 2025 -60 0]); Xlabel('Frekans (MHz)'); Ylabel('SE (dB)'); grid on; end hold off; % Kumaşların SE değerlerinin teorik incelenmesi % %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; close all; clear all; malzemeler = [ 1 1.05; 1 1; 1000 0.1; 500 0.02]; k = 1.38e-3; eb = 0.31; Db = 60; p = 0.17; Dw = 60; Dv = 60; d = 0.5; f = [ 750 850 900 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1800 1850 1950 2000 ]*1e6; renkler = [ 'b' 'r' 'c' 'm' ];
57
noktalar = [ 'ob' '*r' 'c+' 'mx' ]; basliklar = { 'Gümüş iplik', 'Bakır iplik', 'Çelik iplik', 'İnox iplik' }; flag = 1; for j = 1:length(malzemeler) for i = 1:length(f) h = (pi * p * d^2)/1000 * (Dw + Dv)/100; a = 10*log10(malzemeler(j,1) * f(i)/malzemeler(j,2)); b = 1.31 * h * sqrt(f(i) * malzemeler(j,1) * malzemeler(j,2)); SE= 168.16 - a + b; SEc(j,i) = (k * ((Dw+Dv)/200-Db) + eb) * SE; end subplot(2,2,j); plot(f/1e9,SEc(j,:),renkler(j),f/1e9,SEc(j,:),noktalar(2*j-1:2*j)); bas = basliklar{j}; title(bas); xlim([0.75 2]); set(gca,'XTick',0.75:0.15:2 ); set(gca,'YTick',min(SEc(j,:)):(max(SEc(j,:))-min(SEc(j,:)))/6:max(SEc(j,:)) ); Xlabel('Frekans (GHz)'); Ylabel('SE (dB)'); hold off end figure; for j = 1:4 h(j) = plot(f/1e9,SEc(j,:),renkler(j)); hold on plot(f/1e9,SEc(j,:),noktalar(2*j-1:2*j)); end Xlabel('Frekans (GHz)'); Ylabel('SE (dB)'); set(gca,'XLim',[0.75 2]) set(gca,'XTick',0.75:0.15:2 ) title('Malzemelerin karşılaştırılması'); legend(h,'Gümüş','Bakır','Çelik','İnox'); hold off; % Kumaşların SE değerlerinin frekans–SE–kumaş yoğunluğu ekseninde grafiği% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc; clear all; close all; malzemeler = [ 1 1.05; 1 1; 1000 0.1; 500 0.02]; k = 1.38e-3; eb = 0.31; Db = 60; p = 0.17; Dv = 60:10:210; d = 0.5;
58
f = [ 750 850 900 950 1050 1150 1250 1350 1450 1550 1650 1750 1800 1850 1950 2000 ]*1e6; basliklar = { 'Gümüş iplik', 'Bakır iplik', 'Çelik iplik', 'İnox iplik' }; for t = 1:length(malzemeler) for j = 1:length(Dv) for i = 1:length(f) h = (pi * p * d^2)/1000 * (Dv(j) + Dv(j))/100; a = 10*log10(malzemeler(t,1) * f(i)/malzemeler(t,2)); b = 1.31 * h * sqrt(f(i) * malzemeler(t,1) * malzemeler(t,2)); SE= 168.16 - a + b; SEc(j,i) = (k * ((Dv(j)+Dv(j))/200-Db) + eb) * SE; end end figure(round(t/2)) subplot(1,2,mod(t-1,2)+1); [X,Y] = meshgrid(f/1e9,Dv); meshc(X,Y,SEc); surface(X,Y,SEc); colormap hsv colormap(flipud(colormap)) if(mod(t,2)==1) colorbar; end zlabel('SE (dB)','fontsize',13); xlabel('Frekans (GHz)','fontsize',13); ylabel('Yoğunluk (1/10cm)','fontsize',13); bas = basliklar{t}; title(bas); set(gca,'XLim',[0.75 2]) set(gca,'XTick',0.75:0.15:2 ) set(gca,'YLim',[60 210]) set(gca,'YTick',60:30:210 ) hold off end
59
ÖZGEÇMİŞ
Adı Soyadı : Fidan Gamze Kızılçay ABDULLA Doğum Yeri ve Yılı : Adana, 1982 Medeni Hali : Evli Yabancı Dili : İngilizce E-posta : [email protected] Eğitim Durumu Lise : Özel Adana Fen Lisesi. Lisans : SDÜ, Mühendislik Mimarlık Fak., Elektronik ve Haberleşme
Müh. Mesleki Deneyim Vodafone Güney Anadolu BÇO (Zeka Mühendislik), ADANA
11.2010 – 06.2012
RFG Mühendislik,
SDÜ Teknokent ISPARTA
01.04.2013 – 04.04.2014
Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi 10.02.2014 – 15.01.2016
Yayınları Uluslararası toplantıda sunularak tam metin olarak yayımlanan bildiri
Abdulla, R., Abdulla, F.G.K., "Feeding the ultrasonic devices used in boats with solar energy by using logic switching method", 12th International Conference on Management of Innovative Technologies & 4th International Conference on Sustainable Life in Manufacturing - Mit&Slim2013,ISBN 978-961-6536-67-7, pp.185-188. 22-24 September 2013,Piran.
Abdulla,R., Delihasanlar,E., Abdulla,F.G.K., Yüzer,A.H., "Investigating the
Electromagnetic Shielding Effectiveness Simulations of Metal Composite Fabrics", International Conference on Engineering and Natural Science, 24-28May 2016,Sarajevo
Taranmış F otoğraf
(3.5cm x 3cm)
60
Ulusal toplantıda sunularak tam metin olarak yayımlanan bildiri
Abdulla, R., Abdulla, F.G.K., Merdan, M., "Ekranlama Problemlerinde Sınıflandırma ve Ölçüm Sonuçlarını Etkileyebilecek Faktörler", 2. Ulusal Elektromanyetik Uyumluluk Konferansı - EMC2013, Işık Üniversitesi İstanbul, 9-11 Eylül 2013.
Abdulla, F.G.K., Abdulla, R., Merdan, M., "Helmholtz Bobinlerinin Oldukça Düşük
Frekansta Deney Seti Olarak Kullanımı Üzerine Bir Çalışma", 2. Ulusal Elektromanyetik Uyumluluk Konferansı - EMC2013, Işık Üniversitesi İstanbul, 9-11 Eylül 2013.
Ulusal kuruluşlarca desteklenen projede görev alma
0409.TGSD.2013 Nolu Bilim, Sanayi ve Teknoloji Bakanlığı, Teknogirişim Sermayesi Desteği, "Yosun ve Kekamozların Gemilere Yapışmasını Engelleyen Ultrasonik Yayın Yapan Cihaz Tasarımı".
Mesleki bir yarışmada derece veya mansiyon almış olmak
Abdulla, R., Abdulla, F.G.K., Yabancılara Türkçe Öğretiminde Kolaylık Sağlayacak Bilgisayar veya Mobil Cihazlariçin Oyun Yazılımı Yarışması, İkincilik Ödülü, Süleyman Demirel Üniversitesi, 15- 17Mayıs 2013.