Düzlemsel elektromanyetik dalganın transmisyon hatlarında indüklediği fark modu akımının frekans domeninde ölçümü

Abstract

Elektrik alanın transmisyon hatlarına kuplajı, transmisyon hattı, Fark modu akımı, frekans domeninde ölçüm. Elektromanyetik enerji kaynaklan teknolojisindeki ilerleme ve bu enerji ile kolayca hasar görebilen hedeflerin (yan iletken teknolojisinin kullanıldığı elektronik cihaz ve sistemler) hızla artışı; Yüksek Güçlü Elektromanyetik Dalganın potansiyel bir tehdit (silah) unsuru olarak kullanımını gündeme getirmiştir. Tehdit maksatlı kullanılan yüksek güçlü elektromanyetik kaynakların yönlendirilmiş emisyonlan; hedef sistemin veya cihazın metal iletken yüzeylerinde ve kablolarında akım indükler. İletkenlerde indüklenen bu akımlar sistemin tüm iletim yollarında dolaşır ve devrenin basit bir girişim etkisinden başlayıp imha olmasına kadar değişik mertebelerde etkiye yol açar. Bu tez çalışmasında, 200 MHz - 1000 MHz frekans arahğındaki düzlemsel elektromanyetik dalganın iki telli transmisyon hattına kublajı teorik ve deneysel olarak çalışılmıştır. Bu çalışmada transmisyon hattı iletkenleri üzerinde indüklenen alam dağılım denklemleri; Kirchof akım yasası, transmisyon hattı teorisi, Maxwell denklemleri ve sanal görüntü metodu (method of image) kullanılarak türetilmiştir. Bölüm l'de bu çalışmanın gerekliliği vurgulanarak çalışmaya giriş yapılacak ve elektromanyetik uyumluluk, elektromanyetik girişim, elektromanyetik ortam kavramlarından ve de elektromanyetik dalgaların elektrik ve elektronik sistemler ve cihazlar üzerine tehdit yollarından bahsedilerek transmisyon hatlarına kuplajın önemi bahsedilmiştir. Bölümün sonunda transmisyon hatlarına kuplaj konulu bugüne kadar yapılan bilimsel çalışmalar ile ilgi literatür taraması özetlenerek verilmiştir. Bölüm 2'de transmisyon hat teorisi ve Maxwell denklemleri kullamlarak iki telli transmisyon hattına düzlemsel dalganın kublaj denklemleri analitik çözüm elde etmeye yönelik türetilip deneysel çalışmaya matematiksel taban oluşturulacaktır. Bölüm 3'te bu tip ölçümlerde kullamlabilecek, elektromanyetik ortamlardan etkilenmeyen yeni geliştirilmiş akım probunun tasannu ve geliştirilmesi anlatılmıştır. Bölüm 4'te deneysel çalışmanın ölçüm düzeneği ve ölçme metodu verilerek farklı empedanslarla sonlandınlmış ve açık / kısa devre posizyonlannda olan transmisyon hattına kublaj olan akımın ölçümünden bahsedilecektir. Bölüm 5 'de teorik sonuçlar ile deneysel sonuçlar karşılaştınlacak ve değerlendirilecektir. Son bölümde ise bu tez çalışması üzerine değerlendirme yapılacaktır.Transmisyon hat teorisi ve iletkenler üzerinde indüklenen akım dağılım denklemlerinin türetilmesi EK A'da, düzlemsel dalganın toprak yüzeyinden yansıması ve yansıma denklemleri Ek B'de verilmiştir.

THE MEASUREMENT OF THE DIFFERENTIAL MODE CURRENT IN FREQUENCY DOMAIN INDUCED BY PLANE ELECTROMAGNETIC WAVE ON THE TRANSMISSION LINES. SUMMARY Keywords: Transmission Lines, Field to Transmission Line Coupling, Frequency Response, Differential Mode Current Measurement. A common problem encountered in electromagnetic interference (EMI) studies is to determine the effects of electromagnetic energy produced by a source on a victim system. This energy can couple into the victim along a hard-wired conductive path, or by a direct electromagnetic field coupling process. Electromagnetic source can be unintentional or intentional such as high power microwave sources. Recently, the risk potential of high power microwave weapons has increased due to advances in source technology and the increased vulnerability of targets because of a widespread use of solid state electronics. In this dissertation, electromagnetic plane wave coupling to two-wire transmission line is studied theoretically and experimentally. The differential mode current equations on the transmission lines induced external plane waves are derived by using Kirchof s current laws, transmission line telegrapher's equations, Maxwell equation and method of image. In the first chapter, some general definitions and explanations about this work are given beside the brief introduction. In the second chapter, the plane wave coupling to transmission line equations is derived using telegrapher's equations and Maxwell equations. The derived equations are used to get analytical results. This chapter forms the theoretical base of this work. In the third chapter, current monitoring probe is designed for this kind of measurements. In the fourth chapter, the coupling current measurement system by using monitoring current probe in the frequency domain is explained in detail. The transmission line is modeled as a 1 m long two- wires separated by 10 cm each other with unshielded cables. The model transmission line is terminated with different impedances and than illuminated by external plane wave and coupling of differential mode current in the frequency domain is measured for several termination cases. In the fifth chapter, the experimental results are compared with theoretical results. XllFinally, the dissertation is concluded and some proposal is given for the future aspects. The derivation of transmission line equation and wave reflection equation from the lossy ground are given as an appendix. X1U