İLERİ MİKRODALGA MÜHENDİSLİĞİ

AMAÇ

Bu dersin 2021 Güz dönemindeki alt başlığı “Hesaplamalı Yaklaşımı Vurgulayan Mikrodalga Devre Tasarımı” dır. Mikrodalga Devre Tasarımı ve Hesaplamalı Elektromanyetik konular arasında bir boşluk var. Birçok Mikrodalga Mühendisi, çözümlerinin ayrıntılarını bilmeden piyasada bulunan Elektro-Manyetik Analiz araçlarını kullanarak devrelerini tasarlar. Bu ders, bu boşluğu doldurmayı amaçlamaktadır. Bu derste kullanılacak hesaplamalı EM tekniği, Sonlu Fark Zaman Alanı yöntemine dayanmaktadır. Bu teknik, CST, EMPro, Feko, XFDTD ve CEMS gibi ticari olarak mevcut birçok yazılım paketinde kullanılan temel metodolojidir. Bu sınıf, Sonlu Fark Zaman Alanı hesaplama yaklaşımını kullanan mikroşerit teknolojilerinde yüksek frekanslı pasif devre tasarımı ilkelerini kapsar. Sınıf çerçevesi aşağıdaki gibidir. - EM için Sayısal Yöntemlere Giriş - Sonlu Fark Yaklaşımları ve Çözümleri - Sonlu Fark Frekans Alanı Formülasyonu - Sonlu Fark Zaman Alanı Formülasyonu - FDTD Örnekleri - FDTD Kullanarak Mikrodalga Pasif Devre Tasarımı: Mikroşerit iletim hatları, Filtreler, Yönlü Çiftler - Mikrodalga Aktif Devre Tasarımı: FDTD pasif çözümleri ve satıcı tarafından sağlanan aktif bileşen modelleri ile birlikte simülasyonları kullanma. Matlab'da programlama kapasitesi bu ders için esastır. Daha hızlı hesaplamalar (GPU tabanlı) için Nvidia Grafik Kartına erişim tercih edilir.

İÇERİK

Bu ders; Derse giriş, frekans ve zaman düzleminde işaretler, iletim hatları,Introduction to Numerical Methods for EM, FD Approximations,Sonlu Farklar (FD) Diferansiyel Denklem Çözümü, FD Quasi Static Dik Koordinatlar,FD Efficient Solution and 2D Non-Uniform Grid, FD Matrix Solution 1D, FD Matrix Solution 2D ,FD Yük İmpedans Kapasitans, FD 3D Alanı,Finite Difference Time Domain Method Introduction,FDTD Temel Formülasyon,FDTD Kararlılık, FDTD Yee Hücresi Oluşturma Nesneleri,FDTD Devre Elemanları, Kaynak Dalgaformu, S-Parametreler,FDTD Thin Wire Approximation, Microstrip Line Patch Antenna,FDTD Yakından Uzak Alan Dönüşümü,FDTD Examples,FDTD Kullanarak Mikrodalga Pasif Devre Tasarımı: Mikroşerit iletim hatları, Filtreler, Yönlendirici Çiftler,Microwave Active Circuit Design: using co-simulations with FDTD passive solutions and vendor supplied active component models.; konularını içermektedir.

1. 1

   By the end of the course, students grasp the underlying principles of computational electromagnetics using the Finite Difference Time Domain.

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

2. 2

   At the end of the course, students solve various problems by applying the Finite Difference method in Matlab.

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

3. 3

   At the end of the course, students write their own MATLAB codes for planar and linear microwave circuit analysis.

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

4. 4

   At the end of the course, students study the difference between CPU and GPU usage for computational electromagnetic solution using FDTD by analyzing circuits on the CEMS application.

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

5. 5

   Students perform FDTD-based computational electromagnetic analysis on various circuits on the CPU and GPU.

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

6. 6

   Students understand the concepts of near field, far field and transformation from near field to far field.

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

7. 7

   Students will be able to perform the design of Microwave Passive Circuit Design using FDTD such as Microstrip transmission lines, antennasFilters, Directional Couplers

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

8. 8

   Students will be able to perform the design of Microwave Active Circuit Design by combining and co-simulating the FDTD solutions of the passive parts and vendor supplied active models.

   Öğretim yöntemi: Beyin Fırtınası Tekniği, Tersine Beyin Fırtınası Tekniği, Deneyimle Öğrenme Modeli · Değerlendirme: Ödev, Proje Görevi

HAFTALIK PLAN

1. HAFTA 1

   Derse giriş, frekans ve zaman düzleminde işaretler, iletim hatları

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

2. HAFTA 2

   Introduction to Numerical Methods for EM, FD Approximations

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

3. HAFTA 3

   Sonlu Farklar (FD) Diferansiyel Denklem Çözümü, FD Quasi Static Dik Koordinatlar

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

4. HAFTA 4

   FD Efficient Solution and 2D Non-Uniform Grid, FD Matrix Solution 1D, FD Matrix Solution 2D

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

5. HAFTA 5

   FD Yük İmpedans Kapasitans, FD 3D Alanı

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

6. HAFTA 6

   Finite Difference Time Domain Method Introduction

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

7. HAFTA 7

   FDTD Temel Formülasyon

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

8. HAFTA 8

   FDTD Kararlılık, FDTD Yee Hücresi Oluşturma Nesneleri

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

9. HAFTA 9

   FDTD Devre Elemanları, Kaynak Dalgaformu, S-Parametreler

   Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

10. HAFTA 10

    FDTD Thin Wire Approximation, Microstrip Line Patch Antenna

    Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

11. HAFTA 11

    FDTD Yakından Uzak Alan Dönüşümü

    Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

12. HAFTA 12

    FDTD Examples

    Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

13. HAFTA 13

    FDTD Kullanarak Mikrodalga Pasif Devre Tasarımı: Mikroşerit iletim hatları, Filtreler, Yönlendirici Çiftler

    Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

14. HAFTA 14

    Microwave Active Circuit Design: using co-simulations with FDTD passive solutions and vendor supplied active component models.

    Ön hazırlık: Ders notları, ders kitabı, referans kitaplar

DEĞERLENDİRME

• Ara Sınavın Başarıya Oranı50%
• Genel Sınavın Başarıya Oranı50%

İŞ YÜKÜ

KAYNAKLAR

• MATLAB Simülasyonları ile Elektromanyetik İçin Sonlu Fark Zaman Alanı Yöntemi, Atef Z. Elsherbeni, Veysel Demir, 2016, SciTech Publishing.
• 1) MATLAB Simülasyonları ile Elektromanyetik İçin Sonlu Fark Zaman Alanı Yöntemi, Atef Z. Elsherbeni, Veysel Demir, 2016, SciTech Publishing. 2) MATLAB 3) Bilgi İşlem Yeteneği 5 ve üzeri olan NVidia GPU Kartı

ÖĞRETİM ELEMANLARI

• Assoc.Prof. Hüseyin Şerif SAVCIKOORDİNATÖR
• Assoc.Prof. Hüseyin Şerif SAVCI