Dikdörtgen şekilli mikroşerit antenlerin vekil model yöntemi ile analizi: Rezonans frekansı ve bant genişliği hesabı için modelin oluşturulması ve eniyilenmesi

Abstract

Mikroşerit antenlerin uydu haberleşmesinden hücresel haberleşmeye ve savunma sanayiinden biyomedikal uygulamalara kadar geniş bir kullanım alanı bulunmaktadır. Bu nedenle, mikroşerit antenlerin analizi ve tasarımı önemli bir araştırma konusudur. Antenler, rezonans frekansı etrafında bant genişliğinin izin verdiği frekans bandında yüksek performans gösterdiklerinden dolayı anten analizinde antenin en önemli karakteristikleri rezonans frekansı ve bant genişliğidir. Sinirsel ağ modelleri ve meta modeller gibi hesaplamalı yaklaşımlardaki gelişmeler, başarılması zor olan hızlı ve düşük hesaplama maliyetli anten analizi için çalışan araştırmacılara yön vermiştir. Bu tez çalışması ile Dikdörtgen Mikroşerit Antenlerin (DMA) rezonans frekansı ve bant genişliği hesabı için Vekil Modele (VEMO) dayalı konsept bir çalışma sunulmuştur. VEMO, kompakt ve analitik bir strateji benimseyerek karmaşık sistemlerin giriş çıkışları arasındaki ilişkiyi taklit eden bir meta modeldir. Bu ilişki, bir çekirdek interpolasyon fonksiyonu üzerine inşa edilir. Giriş ve çıkış arasındaki veri setine bağlı olarak modeldeki ağırlık vektörleri kullanılarak VEMO sıkılaştırılır. Bu nedenle modelin düzgün olarak uyumlandırılması, sıkı bir VEMO için çok önemli bir işlemdir. Radyal temelli fonksiyon üzerine kurulmuş VEMO'nun doğruluğunu geliştirmek için VEMO'nun ağırlık vektörleri Farksal Gelişim (FG) algoritması kullanılarak ve eniyilenerek bulunmuştur. Literatürde sunulmuş birbirinden farklı 33 adet ölçülmüş DMA'nın geometrik ve elektriksel parametrelerini içinde barındıran bir veri seti, VEMO'nun yapılandırmasında kullanılmıştır. Toplam DMA sayısından 27 adedi, VEMO'nun yapılandırılması için ve geri kalan 6 adedi, VEMO'nun testi için kullanılmıştır. Ayrıca VEMO, literatürde sunulan sinirsel ağa ve formülasyona dayalı yaklaşımlar ile bir karşılaştırma yapılarak toplam mutlak hata bakımından doğrulanmıştır. Sonuçlar, VEMO'nun rezonans frekansı için 9.9 MHZ ve bant genişliği için %0.131 toplam mutlak hata ile en doğru değerleri ürettiğini göstermiştir.

Microstrip antennas have been widely used in a broad area of applications from satellite communication to cellular communication and from defend industry to biomedical applications. Therefore, the analysis and design of the microstrip antennas have become crucial research topics. Since the antennas can merely exhibit high performance around the resonant frequency as allowed by the range of bandwidth, the most important characteristics in the analysis of an antenna are the resonant frequency and the bandwidth. The advances in computational approaches such as neoromodels and metamodels lead to researchers for cheap and fast analysis of the antennas which is a challenging task. With this study, a conceptual study based on Surrogate Model (SM) for computation of the resonant frequency and the bandwidth of rectangular microstrip antenna (RMA) is presented. SM is a metamodel which imitates the input-output behavior of the system by adopting a compact and analytic strategy. This relevance is built on an interpolating function. SM is compacted by using weighting vectors in accordance with the relation between input-output dataset. Therefore, fitting the model properly is very important process for a tight SM. In order to improve the accuracy of the SM which builds on radial basis function, the weighting vectors of the SM have been to be optimized and determined by Differential Evolution (DE) algorithm. A dataset with different geometrical and electrical parameters reported elsewhere in the literature including number of 33 measured RMAs is utilized in the construction of the SM. From the total number of RMAs, 27 RMAs and the remaining 6 RMAs are used in the construction and the test of the SM respectively. Moreover, SM has been validated for the total absolute error (TAE) by making a comparison with neural network and formulation-based approaches that is presented in the literature. The results show that the SM computes the most accurate resonant frequency and the bandwidth results with the TAEs of 9.9 MHz and 0.131%, respectively.