Analysis and synthesis of reflectarray antenna
Yansıtıcı dizi anten analiz ve sentezi
- Tez No: 378364
- Danışmanlar: PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ, PROF. DR. BAHATTİN TÜRETKEN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Haberleşme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 90
Özet
Bu tezde, bir X-band mikroşerit yansıtıcı dizi anten (MRA) için özgün, sağlam, sistemli bir tasarım, optimizasyon ve analiz yöntemi sunulmuştur. Bu çalışmada, iki tane mikroşerit reflectarray tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu tezin amacı; en uygun yansıtıcı yama elemanı geometrisi ve dielektrik alt-tabaka özelliklerinin belirlenmesi ile daha iyi radyasyon performansına sahip bir mikroşerit yansıtıcı dizi anten tasarlamaktır. MRA tasarımında, en önemli ve kritik aşama yama elemanın seçimi ve tasarım optimizasyonudur. Bu çalışmada, standart yansıtıcı dizi yama elemanı (kare yama) ile karşılaştırıldığında doğrusal bölgede daha geniş bir faz aralığına sahip olduğundan dolayı birinci fraktaller iterasyondan olan minkowski şekli yansıma elemanı olarak kullanılmıştır. İlk tasarımda, bir H-wall dalga kılavuzu simülatörü sonunda Taconic RF-35 (εr=3.54, tanδ=0.018) üzerine yerleştirilen minkowski birim elemanının yansıma faz karakterizasyonu, doğrusal olmayan bir varyasyon fonksiyonu olarak elde edilmiştir. Bu fonksiyon, X-bandı bölgesi içinde rezonans frekansı merkezli yama geometrisi ve alt tabaka boyutlarının sürekli etki alanı için Computer Simulation Technology Microwave Studio (CST MWS) programına dayalı 3-D EM simülasyonlarla elde edilmiştir. Daha sonra, Çok Katmanlı Algılayıcılı Yapay Sinir Ağı (MLP NN) modeli minkowski yansıtıcı dizi birim elemanını karakterize etmek için oluşturulmuştur. Bunu takiben, Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) maksimum faz aralığı ve daha yavaş bir değişim ölçüsüne sahip faz kalibrasyon özelliğini saptanması için basitleştirilmiş çok amaçlı işlevleri ile minkowski yansıtıcı dizi anteni optimize etmek için kullanılmıştır. Tasarım aşamasında, MLP NN modeli uyarlanabilir iteratif adım ile gerekli faz gecikmesini sağlayarak yansıtıcı dizi antenin her bir elemanının değişken boyutunu belirlemek için ters model olarak kullanılmıştır. Böylece, optimum parametrelerle tasarlanmış minkowski reflectarray anten, 3-D CST simülasyonları kullanılarak analiz edilmiş ve muadili kare ve parabolik yansıtıcı antenler ile karşılaştırılmıştır. İkinci tasarımda, minkowski yansıtıcı dizi anten için alt-tabakanın dielektrik sabiti,εr de dahil olmak üzere 3-D CST MWS tabanlı bütün bir MLP NN modeli kullanılarak için Genetik (GA) Nelder ve Mead (NM) algoritmalarının hybrid kombinasyonu ile yeni çok amaçlı bir tasarım optimizasyonu prosedürü oluşturulmuştur. Burada gerçekleştirilen MLP NN, minkowski yansıtıcı dizi elemanının yansıma fazını elde etmek için X-bant frekans bölgesinde alt-tabaka karakteristikleri ( 1≤ εr≤6; 0.5 mm ≤ h ≤ 3 mm) dahil olmak üzere giriş alanı ile sürekli bir fonksiyon olarak doğru ve hızlı bir model olmuştur. Son olarak, tamamıyla optimize edilmiş bir 15x15 X-band minkowski yansıtıcı dizi anten tasarımı gerçekleştirilmiş ve de seçilen geleneksel alt-tabakalar üzerinde hem optimize edilmiş hem de optimize edilmemiş yansıtıcı dizi antenler ile karşılaştırılmıştır. Optimize tasarımın limitlerini ve ticari olarak elde edilebilir tabaka seçeneklerini belirlemek için optimizasyon işlemine ilave olarak tolerans analizi gerçekleştirilmiştir. Sonuç olarak, bu tasarım yaklaşımı bir tasarımcı için sadece tüm X-bandı boyunca en optimum minkowski yansıtıcı anten tasarımı değil aynı zamanda seçilen yüzeylerde de optimum tasarım yapma imkanı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
In this thesis, a design, optimization and analysis methodology, which is a novel, robust and systematic, is presented for an X-band microstrip reflectarray antenna (MRA). In this work, the two microstrip reflectarray designs have been carried out. The purpose of this thesis is to design a microstrip reflectarray, which has better radiation performance by determining the optimal geometry for the reflective patch element and dielectric substrate properties. In the designing of MRA, the most important and critical stage is the selection of patch element and its design optimization. In this work, the minkowski shape, which is from the first iteration of fractals, has been utilized as the radiating element, because of it has wider phase range in the linear region. In the first design, the reflection phase characterization of the minkowski unit element, which is placed at the end of the H-wall waveguide simulator on the substrate Taconic RF-35(ε=3.54, tanδ=0.018), has been generated as a nonlinear variation function. This function was generated by 3-D EM simulations based on Computer Simulation Technology Microwave Studio (CST MWS) for the continuous domain of the patch geometry and substrate sizes within X-band region centered at resonant frequency. Thereafter, the Multi-Layer Perceptron Neural Network (MLP NN) model have been created to characterize the minkowski RA unit element. Following that, the Particle Swarm Optimization (PSO) has been utilized to optimize the minkowski reflectarray with simplified multi-objective functions to determine the phase calibration characteristic having the maximum phase range and the slower gradient. In the design stage, the MLP NN model has been used as reverse model to determine the variable-size of each reflectarray element by providing the necessary phase delay with the adaptive εr iterative step. Thus, the minkowski reflectarray antenna, which is designed with optimum parameters, has been analysed using the 3-D CST simulations and has been compared with the counterpart square and parabolic reflector antennas. In the second design, a novel multi-objective design optimization procedure is generated for the minkowski reflectarray using a complete 3-D CST MWS- based MLP NN model including the dielectric constant of substrate, εr via hybrid combination of Genetic (GA) and Nelder-Mead (NM) algorithms. Herein, the performed MLP NN model has been an accurate and fast model to get the reflection phase of minkowski RA element as a continuous function with the input domain including the substrate characteristics( 1≤εr≤ 6; 0.5 mm ≤ h ≤ 3 mm), within the X-band frequency region. Finally, a design of a fully optimized X-band 15×15 minkowski RA is performed and so compared with the both optimized and non-optimized RAs on selected traditional substrates. In addition to optimization process, the tolerance analysis has been performed in order to specify the tolerance limits of optimized design and the commercially available substrate options. Consequently, this design approach enables a designer to obtain not only the most optimum minkowski RA design all throughout the X-band, at the same time the optimum minkowski RAs on the selected substrates.
Benzer Tezler
- Transfer saçılma parametreleri ile mikrodalga kuvvetlendirici analiz ve sentezi
Analysis and synthesis of microwawe amplifiers using transfer scattering parameters
UMUT HINÇAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- RF/mikrodalga düzlemsel iletim hatlarının yapay sinir ağları ile analiz ve sentezi
Analysis and synthesis of RF/microwave planar transmission lines by using neural networks
NURHAN TÜRKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2004
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Analysis and synthesis of parallel manipulators
Parallel manipülatörlerin analizi ve sentezi
FATİH CEMAL CAN
Doktora
İngilizce
2008
Makine Mühendisliğiİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. RASİM ALİZADE
- Mobil ağlar için mobil IPv6 tabanlı yönlendirme optimizasyon şemasının analizi ve sentezi tespiti
Analysis and synthesis of mobile IPv6 based routing optimization schemes for mobile networks
MOHAMEDI MOHAMEDI MJAHIDI
Doktora
Türkçe
2020
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolGazi ÜniversitesiBilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ CEMAL KOÇAK
- Akım taşıyıcılı devrelerin analizi ve sentezi
Analysis and synthesis of the current conveyor circuits
ECE OLCAY GÜNEŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1991
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiPROF.DR. FUAT ANDAY