İki kırınım içeren senaryolar için kapsama alanı haritalaması

Abstract

Bu tezde, 2 boyutlu bıçak kenarlı yapılardan oluşan çeşitli senaryolar için kullanılanışın izleme tabanlı nümerik elektromanyetik modelleri özetlendi. Geometrik Optik(GO) ve Düzgün Kırınım Teorisi (DKT) metodları detaylıca incelendi.Asimptotik metotların avantaj ve dezavantajları, tam dalga metotlarla kıyasla üstünolduğu ve zayıf olduğu noktalar ve kullanılabileceği ve kullanılamayacağı özeldurumlar açıklandı. Elektromanyetizma fenomenini açıklayan Maxwelldenklemlerinin yüksek frekans açılımı yapılarak ışın tabanlı asimptotik metotlarınteorik temelleri incelendi.İki boyutlu çizgisel segmentler kullanılarak oluşturulan çeşitli yayılım senaryolarındaışın yollarını hesaplayabilen ışın izleme algoritması geliştirildi. Elde edilen ışın yollarıGeometrik Optik ve Düzgün Kırınım Teorisi denklemleri içerisinde kullanıldı, alıcıyahiç bir engel ile karşılaşmadan doğrudan varan ışınlar, yansıyarak varan ışınlar vebunların ikili kırınıma kadar olan kombinasyonları hesaba katılarak tüm bir yayılımortamındaki elektromanyetik alanın hesabı yapıldı.Elektrik alan şiddetinin engel arkasında kırınıma bağlı olarak oluşan maksimumlarıbulundu ve bağlı olduğu değişkenler ortaya konuldu.Bilgisayar ortamında geliştirilen Işın izleme, Geometrik Optik ve Düzgün KırınımTeorisi algoritmalarının, toplam çözüm süresine olan etkileri incelendi. Geliştirilenkod paralel çözüme uygun hale getirilerek, çözüm süresi düşürüldü. GO-DKTalgoritmasının paralel performansı ortaya konuldu.Geliştirilen yazılımla, elektromanyetik uyumluluk ve anten yerleştirme gibi farklıelektromanyetik problemler için çözümler elde edildi. Işın izleme tabanlı GO-DKTmodelinin verimliliği ve sonuçların doğruluğu FEKO yazılımındam elde edilensonuçlarla kıyaslanarak tartışıldı ve doğrulandı.Seçilen bir kırsal yayılım senaryosunda vericinin konumunun elektromanyetik alan vekapsama alanı üzerine etkisini gözlemelemek amacıyla çeşitli simülasyonlartekrarlandı ve verici anten konumunun değişiminin sebep olduğu sonuçlar tartışıldı.

In this thesis, numerical electromagnetic models, which is used for 2-dimensionalpropagation scenarios including knife-edge structures are studied and explained.Geometrical Optics and Uniform Theory of Diffraction models are analysed in detail.The points where asymptotic methods are superior to and weaker than full wavemethods and special cases that can be used and exploited are explained.Maxwell's equations which explain the phenomenon of electromagnetism have beeninvestigated by high-frequency expansions and the theoretical basis of ray opticasymptotic methods were showed.A ray tracing algorithm that can work for rural and urban propagation environmentswhich are created using two-dimensional linear lines has been developed.The obtained ray paths were used in the equations of Geometric Optics and UniformTheory of Diffraction. Coverage area simulation is made by using all type of possiblerays which are direct rays, reflected rays, diffracted rays and combination of all thesetypes of rays.the maximums of the electric field generated due to the diffraction behind the obstaclewere found and the diffraction effects on the electric field behind the obstacle wereinvestigated.The effects of ray tracing, geometric optics and uniform diffraction theory algorithmson the total solution time were investigated. Improved parallelization of the code hasreduced the solution time. The parallel performance of the GO-UTD algorithm hasbeen demonstrated.With the developed software, solutions were obtained for different electromagneticproblems such as electromagnetic compatibility and antenna placement. Theefficiency of the ray tracing based GO-UTD model and the accuracy of the resultswere discussed in comparison with the results obtained from FEKO software.In a selected rural propagation scenario, various simulations were repeated in order toobserve the influence of the transmitter position on the electromagnetic field and thecoverage area, and the variations that caused by the change of the transmitter antenna position was discussed.