Elektromanyetik uyumluluk tekniklerinde elektromanyetik ışımanın modellenmesi

Abstract

Elektronik sistemler tasarlanırken, elektromanyetik uyumluluk (EMC) yönergelerinin ve kısıtlamalarının göz önünde bulundurulması gerekmektedir. Birçok EMC durumunda, zararın önlenmesi veya elektromanyetik korumanın saglanması için elektronik sistemler bir koruyucu kutu içine yerlestirilirler. Bu koruyucu kutu üzerinde, içerisindeki elemanlar ile dıs ortamda varolan alanlar arasında baglasmaya neden olan açıklıklar bulunmaktadır. Bu açıklıklar giris-çıkıs baglantıları, kontrol panelleri ve havalandırma gibi nedenlerden dolayı zorunlu olarak açılmaktadır. Açıklıklardan içeriye giren alanlarla kutu içerisindeki bir PCB, devre vb. ile etkilesim gerçeklesir. Bu etkilesimin belirlenmesi için yapıdaki elektromanyetik alanların hesaplanması gerekir. Bu tez, bir açıklık vasıtasıyla yüksüz ve yüklü dikdörtgen kesitli bir rezonatörün içine sızan alanların, zaman domeni sonlu elemanlar yöntemi ve karma bir yöntem ile hesaplanmasını sunmaktadır. Bu karma modelde, sonlu elemanlar yöntemi (FEM) ve Moment yöntemi (MoM) birlestirilerek kullanılmıstır. Bu sekildeki birlesme ile sayısal çözüm uzayının daraltılması ve islem hacminin küçültülmesi amaçlanmıstır. Karma yöntemde rezonatörün üzerine açılmıs olan açıklıktaki alanı bulabilmek için Moment yöntemi (MoM) kullanılmıstır. Açıklıktaki alan dagılımı Galerkin yöntemine uygun olarak açınım fonksiyonlarının bilinmeyen katsayılarla agırlıklandırılarak toplamından olusmustur. MoM' da açıklıgın üzerindeki sınır kosulu kullanılarak bir integral denkleme ulasılmıstır. Bu integral denklemi çözebilmek için açıklıktan dısa ve rezonatör içine ısıyan alanların bulunması zorunludur. Dıstaki alan serbest uzayın dyadik Green fonksiyonu ile elde edilebilir. Rezonatör içindeki alanın hesabı için FEM kullanılmıstır. Konum ayrıklastırması her iki yöntemde de uzayın dörtyüzlülere bölünmesi ile gerçeklestirildi. Alan yaklasımları için, Whitney elemanı kullanılmıstır. Yöntemin uygulaması açıklıga sahip bir dikdörtgen kesitli bir rezonatör üzerinde yapılmıstır. Rezonatör bos ve dolu iken rezonatörün içindeki elektromanyetik alan dagılımı elde edilmistir. Bu alanlardan ekranlama etkinligi elde edilmistir. Bu karma yöntemle çözümde gereken bilinmeyen sayısında bir azalma elde edildi. Böylece kullanılan hafıza ve islem zamanı azaltılmıs oldu. Bu karma yöntemin sayısal sonuçları, sonlu eleman yönteminin çözümüyle karsılastırıldıgında aralarında iyi bir uyum oldugu görülmüstür.In designing electronic equipment, Electromagnetic Compatibility (EMC) directives and constraints should be taken into account. In most situations, for an electromagnetic environment, to prevent the devices from the hazardous emissions or to avoid from damages, electronic devices should be housed into shielding metallic enclosures. On the surface of this shielding metallic enclosure, there may be apertures or slots which lead an electromagnetic coupling between the circuits inside the enclosure and outside environment. This apertures and slots could exist for electrical cabling purposes, or cooling puposes, etc., and they are mostly essential. In this thesis, for loaded and unloaded conditions, calculation of the fields leaking through the aperture inside a resonator with rectangular cross-section are performed using Time Domain (FEM) and hybrid method. In this hybrid method, the Frequency Domain Finite Element Method(FEM) and Moment Method are used in combination. The goal of this combination is to minimize the numerical solution space and process volume. In hybrid method, to find out the field on the aperture existing on the surface of the resonator, Moment Method(MoM) is used. The field distribution on the aperture, suitable for the Galerkin Method, is formed by the weighted sum of basis functions with unknown coefficients. By using the boundary condition on the aperture, an integral expression is reached. While the outer field can be calculated by the aim of Dyadic Green function, FEM is used to determine the inner field. The location discretization is realized by dividing the space into tetrahedrals in both methods. For field approximations, the Whitney element is used. The method is applied to a resonator with rectangular cross-section with aperture. For the loaded and unloaded conditions, the electromagnetic field distributions in the resonator are achieved. From these fields, shielding effectiveness is determined. With this hybrid method, a remarkable reduction in unknown parameters is acquired. Consequently, the memory and process time for this operation are reduced. For this hybrid method solution, there is no dissonance in the results, when compared with the FEM results.