Dielektrik yüklü bir mikrodalga rezonatöründe elektrik alanın ve ısı dağılımının fdtd metodu ile incelenmesi

Abstract

Bu tezde, günlük hayatta ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaya başlanan mikrodalganın, mikrodalga ısıtma açısından incelemesi dikdörtgensel bir mikrodalga rezonatörü için yapılmıştır. Mikrodalga ısıtmanın verimini belirleyen, rezonatör içindeki alan dağılımlarıdır. Alan dağılımlarının bulunmasında, kullanım kolaylığı ve işlem süresinin azlığı gibi sahip olduğu avantajlar sebebiyle zaman uzanımı sonlu farklar (FDTD) yöntemi nümerik metot olarak seçilmiştir. FDTD metoduyla, seçilen dielektrik malzeme üzerindeki mikrodalga kayıp güç yoğunluk değişiminin homojen dağılım yapısına uygun olması, mikrodalga ısıtma açısından temel hedef olarak belirlenmiştir. Bu doğrultuda ilk olarak dilim şeklindeki dielektrik malzemeyle yüklenmiş dikdörtgen bir rezonatör göz önüne alınarak yüklü durumdaki yansıma katsayısı genlik değişimleri, elektrik alan değişimleri analitik olarak mod denkleştirme yöntemiyle bulunarak sonuçlar FDTD ve Ansoft HFSS nümerik sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Analitik olarak yapılan analizden yola çıkılarak malzeme ve besleme konumu ile ilgili optimizasyon yapılmıştır. Daha sonra ısı analizi yapılarak sonuçlar elde edilmiştir. Isı analizi üç farklı malzeme için aynı rezonatörle yapılmıştır. Buna göre ısıl parametreler belirlenerek malzemelerin dielektrik sabitleri ısıya göre değişen bir fonksiyon olarak ifade edilerek iki boyutlu sıcaklık haritaları ve farklı noktalar için tek boyutlu zamana bağlı sıcaklık değişimleri bulunmuştur.

In this thesis microwave which has prevalently started to be used in everday life and industrial applications has been examined from the point of view of microwave heating for a rectangular microwave resonator. The thing which determines the output of microwave heating is field distributions. Finite difference time domain method has been perceived as the numerical method owing to the advantages such as usage profits and the shortness of procedure in reaching the field distributions. That microwave loss power intensity change on discerned dielectric material is suitable for homogen field distribution with FDTD method has been determined as the fundamental object. From this particular aspect a rectangular resonator which has firstly been loaded with dielectric material in slabs has been taken into consideration and reflection coefficients, electric field distributions have been found with mode matching method and then results have been compared with FDTD s and Ansoft HFSS's numerical results. By means of the analitical analysis the position of dielectric material optimization have been made and the temperature analysis has been performed and the results are obtained. Temperature analysis for the three different materials has been performed with the same resonator. Having determined heating parameters according to this fact dielectric constants of the materials have been expressed as a function changing according to heat and two-dimensional heating maps and one-dimensional heating changes according to time for different points have been found out.