Mikrodalga görüntüleme (MWI) da˘gınık elektrik alan ölçümlerinden eri¸silemeyen hedeflerin fiziksel özelliklerini göstermeyi amaçlar. Mikrodalga görüntüleme tahribatsız test (NDT), yeraltı görüntüleme, duvar görüntüleme ve biyolojik görüntüleme gibi uygulamalarda kullanılır.Mikrodalga görüntüleme kullanmanın temel nedeni, biyolojik dokularla etkile¸sime girdi˘ginde MWI'nin iyonla¸stırıcı olmayan do˘gasıdır. Biyomedikaldeki ço˘gu mevcut görüntüleme teknolojisi, insan için zararlı olabilecek iyonla¸stırıcı radyasyona dayanmaktadır.Mikrodalga görüntüleme do˘grudan ve ters problemleri içerir. Do˘grudan problem, saçılımcıların özelliklerini bilerek da˘gınık alana bir çözüm ara¸stırır. Da˘gınık alan genellikle analitik olarak hesaplanamaz, bu nedenle fiziksel optik, modal teknikler veya integral denklem yöntemleri gibi sayısal yöntemler uygulanır. Ters problemler, görüntüleme alanının dı¸sında ölçülen da˘gınık alan kümesiyle saçılmanın bilinmeyen özelliklerini yeniden yapılandırır. Mikrodalga ters problemleri nitel veya nicel mikrodalga görüntüleme olarak sınıflandırılır.Niteliksel mikrodalga görüntüleme, sadece hedeflerin ¸seklini ve konumunu yeniden yapılandırır, ancak niceliksel mikrodalga görüntüleme, geçirgenlik ve iletkenlik gibi elektromanyetik özelliklerini de gösterir. ˙Iki iyi bilinen nitel ters saçılma yöntemi vardır; (i) do˘grusal örnekleme yöntemi (LSM) ve (ii) faktörizasyon yöntemi (FM).Bu yöntemler, bir görüntüleme alanı üzerindeki her nokta için bir integral denkleminin tersine çevrilmesine dayanır. Sorgulama alanından bir görüntüyü yeniden olu¸sturmak için saçılma probleminin do˘grusallı˘gını kullanırlar ve hesaplama açısından verimli ve hızlıdırlar.Konvansiyonel mikrodalga görüntüleme, hat antenleri olarak görüntüleme alanına elektromanyetik enerjiyi e¸sle¸stiren ortam ile birle¸stirir. Ölçüm sistemlerinde ve çevrede istenmeyen yansımaların olu¸sması nedeniyle, kayıp modelleme hatasını azaltmak için e¸sle¸stirme ortamı olarak tanımlanmı¸stır. E¸sle¸sen ortama ilave kayıp,bazı uygulamalarda yıkıcı olabilecek sinyal-gürültü oranını azaltır. Endüstri ve biyomedikal uygulamalar, dı¸s görüntüleme alanından istenmeyen saçılmayı azaltmak için metalik odaların içindeki mikrodalga görüntülemesini gerektirir. ˙Iç bo¸sluk görüntüleme, dü¸sük kayıplı e¸sle¸stirme ortamını korurken veri çekmede modelleme hatasını ve gürültü giri¸simini azaltabilir. Metalik boruların ve mikrodalga meme görüntülemesinin i¸slem izlemesi için bu tezde, klasik ve dikdörtgen ¸seklindeki iki silindirin içindeki görüntülemeler incelenmi¸stir.¸Simdiye kadar, literatür, yapının analitik green fonksiyonu yerine hesaplama yöntemleri ile oda içindeki görüntüye nicel görüntüleme yakla¸sımı içermektedir. Burada, analitik dyadik green fonksiyonu hızlı ve verimli nitel mikrodalga görüntüleme, anomaliyi yeniden olu¸sturmak için kullanılır. Metalik muhafaza içerisindeki görüntüleme rezonans frekansları nedeniyle sabit olmaz, bu nedenle literatür, bu rezonansları nemlendirmek için bo¸slu˘gun içine küçük bir kayıp sokmayı veya bir kısmını açmayı önerir.Tezin ilk bölümü, metalik oyukların içindeki ikili analiz ve elektromanyetik radyasyondaki bazı zorunlu teorileri gözden geçirmektedir. Elektrikli dyadic Green'in dikdörtgen ve silindirik fonksiyonu tanıtıldı. Bu bölüm, bu çalı¸smada kullanılan inversiyon yöntemleri olarak LSM ve FM'yi de inceler. Tezin ikinci kısmı metalik boru hatlarının i¸slem izlemesini önermektedir. Metalik boru hatları ve çevresel yansımalar genellikle geleneksel mikrodalga görüntüleme için modelleme hatasını arttırır, bu nedenle bo¸sluk içi görüntüleme bu tür senaryolardapratik bir çözüm olabilir. Dikdörtgen bir bo¸sluk, metal borulara, üst ve alt tarafındaki dairesel delikler vasıtasıyla ba˘glanır. PVC tüp mısır bo¸slu˘gunun içine akan mısır kılavuzları. 3 katmana yerle¸stirilmi¸s ve 3GHz'de çalı¸san 24 anten, bo¸slu˘gun içini aydınlatır ve da˘gınık elektrik alanını, akan ya˘gdaki olası anormallikten ölçer. Bu veri, görüntüyü yeniden yapılandırmak için Faktörle¸sme Yöntemi ile tersine çevrilir.Görüntü rekonstrüksiyonları dikdörtgen alanın içine yayılan z-yönelimli dipol için baskın bile¸sen olan elektrik alanının z-bile¸senine dayanmaktadır. Bu varsayım, Green fonksiyonunu fiziksel ve hesaplamalı olarak basitle¸stirir. ˙Içindeki elektromanyetik dalga ayakta dalga formunda oldu˘gundan, anten konumlarının istenen e¸sle¸smeye sahip olması için optimize edilmesi gerekir.Bo¸slu˘gun üst ve alt tarafında iki delik bulunmasına ra˘gmen, silindirik metalik boru hattının içinde ilerleyen modların uyarılmasının önlenmesi için çalı¸sma frekansı dikkatli bir ¸sekilde seçilir. Antenlerden biri yayıldı˘gı zaman bo¸sluk içindeki bir görüntü formu alanı da˘gılımı boru hattına önemsiz enerji kaça˘gı oldu˘gunu onaylar.Simülasyon, tek frekanslı görüntü rekonstrüksiyonunun stabil olmadı˘gını ve görüntüleme etkilerinde yapay nesnelerin görülebildi˘gini, ancak çok frekanslı görüntünün, bu durumda iki su küresi olan anormalliklerin güvenilir ¸sekilde algılanmasına neden olabilece˘gini göstermektedir. Süreç izleme teknikleri genellikleakı¸s kesitinden 2D görüntüye ihtiyaç duyar, bu nedenle monopol antenlerin bo¸slu˘gun alt tarafına yerle¸stirildi˘gi pratik bir sistem tasarlanır ve görüntüler boru içindeki farklı da˘gılımlardan elde edilir. Benzer ¸sekilde, 16 antenin tek kattaki konumları ve yükseklikleri, S-parametresiyle en iyi uyumu elde etmek için optimize edilmi¸stir. Tezin üçüncü bölümü, meme görüntüleme uygulamaları için silindirik bo¸sluk içindekigörüntülemeye odaklanmaktadır. Hücre içi görüntülemenin, görüntüleme alanından çıkarılan verilerde modelleme hatasını ve gürültü giri¸simini azaltması beklenir. HFSS'de cilt, ya˘g ve kas dokusu ile gerçekçi bir gö˘güse yakın parametrelere sahip bir yarım küre modelinin simulasyonu yapılmı¸stır. 3GHz'de çalı¸smak üzere optimizeedilmi¸s 36 adet z-merkezli yarım dalga boyu dipol antenler, da˘gınık elektrik alanını tümörlerden ölçer. Elektromanyetik davranı¸s durgun dalga formunda oldu˘gundan, antenlerin konumu empedans e¸sle¸smesi ve ayarlama için önemlidir. Birinci kısım ile aynı dü¸sünce, silindirik bo¸sluk içindeki Green fonksiyon için de kullanılır ve görüntü rekonstrüksiyonları, silindirik bo¸sluk içerisinde yayılan z-merkezli dipol için baskın bile¸sen olan elektrik alanının z bile¸senine dayanır. E¸sle¸sen ortam nemli rezonanslara kar¸sı küçük iletkenli˘ge ve gö˘güs derisine yakın bir geçirgenli˘ge sahiptir. Bu yüksek geçirgenlik cilt etkisini azaltır ve tümörün bulundu˘gu memenin ya˘g dokusuna dalga penetrasyonunu arttırır. Tek frekanslı görüntüler güvenilir de˘gildir çünkü iki tümör açıkça ayırt edilemez. Çok frekanslı görüntüler, gerçekçi meme modelleri için hedeflerin belirlenmesinde sa˘glam sonuçlar göstermektedir. Microwave imaging (MWI) aims to show physical properties of inaccessible targets from the scattered electric field measurements. Its applications include nondestructive testing (NDT), subsurface imaging, through wall imaging and biological imaging. The main reason for employing microwave imaging is non-ionizing nature of MWI wheninteracted with biological tissues. Most current imaging technologies in biomedical are based on ionizing radiation which might be harmful for human. Microwave imaging includes direct and inverse problems. Direct problem investigates a solution to the scattered field by knowing features of scatterers. The scattered field cannot be usually calculated analytically, so numerical methods such as physical optics, modal techniques or integral equation methods are applied. Inverse problems reconstruct unknown characteristics of scatterers by set of measured scattered field outside the imaging domain. Microwave inverse problems are classified as qualitativeor quantitative microwave imaging.Qualitative microwave imaging reconstructs only shape and location of targets but quantitative microwave imaging depicts their electromagnetic properties such as permittivity and conductivity as well. There are two well-known qualitative inverse scattering methods namely; (i) linear sampling method (LSM) and (ii) factorizationmethod (FM). These methods are based on inverting an integral equation for each point over an imaging domain. They utilize linearity of the scattering problem to reconstruct an image from investigation domain and are computationally efficient and fast. Conventional microwave imaging approximate antennas as line sources and matching medium to couple electromagnetic energy into imaging domain. As there will be undesired reflection form measuring systems and environment, loss is introduced to matching medium to decrease modeling error. Added loss to matching medium reduces signal-to-noise ratio which might be destructive in some applications. Industry and biomedical applications necessitate microwave imaging inside metallic chambers to decrease undesired scattering from outside imaging domain. Inside cavity imaging can decrease modeling error and noise interference in data extraction while maintaining low-loss matching medium. Imaging inside two conventional cavities–rectangular and cylindrical– are studied in this thesis for process monitoring of metallic pipes and microwave breast imaging.So far, the literature contains quantitative imaging approach to image inside chamber by computational methods instead of analytic green function of structure. Here, fast and efficient qualitative microwave imaging with analytic dyadic green function is exploited to reconstruct anomaly.Imaging inside metallic enclosure would not be stable due to resonant frequencies so, the literature also proposes introducing small loss inside cavity or opening some part of it in order to damp these resonances. The first part of thesis reviews some imperative theories in dyadic analysis and electromagnetic radiation inside metallic cavities. The electric dyadic Green's function of rectangular and cylindrical are introduced. This part also reviews LSM and FM as inversion methods used in this study.The second part of thesis proposes process monitoring of metallic pipe lines. Metallic pipelines and environmental reflections usually increase modeling error for conventional microwave imaging so, inside cavity imaging might be a practical solution in such scenarios. A rectangular cavity is connected to metallic pipes via circular holes in top and bottom side of it. PVCs tube guides flowing corn oil inside cavity. 24 antennas located at 3 layers and working at 3GHz illuminate inside cavity and measure scattered electric field from possible abnormality in flowing oil. This data is inverted by Factorization Method to reconstruct image. Image reconstructions are based on z–component of electric field being the dominant component for z oriented dipole radiating inside rectangular cavity. This assumption simplifies the Green function physically and computationally. As the electromagnetic wave inside is in standing wave form, antennas locations have to be optimized to have desired matching.Although there are two holes in top and bottom side of cavity, frequency of operation is carefully chosen to prevent excitation of propagating modes inside cylindrical metallic pipeline. An image form field distribution inside cavity when one of the antennas radiates approves that there is negligible energy leakage into pipeline. The simulation depicts that single frequency image reconstruction is not stable and artifacts are visible in imaging domain but multifrequency image can result in reliable detection of abnormality which are two water spheres in this case. Process monitoring techniques usually need a 2D image from cross section of flow, so a practical system in which monopole antennas are located at bottom side of cavity is designed and images areobtained from different distributions inside pipe. Similarly, the locations and heights of 16 antennas in single layer are optimized to obtain the best matching via S-parameters. The third part of thesis focuses on imaging inside cylindrical cavity for breast imaging applications. Inside chamber imaging is supposed to decrease modeling error and noise interference in data extracted form imaging domain. A hemispherical model with parameters similar to a realistic breast with skin, fat and muscle tissue is simulated in HFSS. 36 z oriented half wavelength dipole antennas optimized to work at 3GHz measure the scattered electric field from tumors. As the electromagnetic behavior is in standing wave form, antennas location is important for impedance matching and tuning. The same consideration with part one is employed for the Green function inside cylindrical cavity as well and image reconstructions are based on z-component of electric field being the dominant component for z oriented dipole radiating inside cylindrical cavity. Matching medium has small conductivity to damp resonances and a permittivity close to breast skin. This high permittivity mitigates skin effect and increases wave penetration into fat tissue of breast where tumor exists. Single frequency images are not reliable as two tumors are not clearly discernible.Multifrequency images depict robust results in detecting targets for realistic breast models. 71