Efficient numerical analysis and design of reflectarray antennas
Yansıtmalı dizi antenlerin verimli nümerik analiz ve tasarımı
- Tez No: 380997
- Danışmanlar: PROF. DR. HATİCE ÖZLEM AYDIN ÇİVİ, DOÇ. DR. LALE ALATAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Anten dizileri, Mikroşerit antenler, Tasarım optimizasyonu, Antenna arrays, Microstrip antennas, Design optimization
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektriksel olarak büyük yansıtmalı dizi antenlerin yüksek doğruluk ile analiz edilmeleri bu tip antenlerin ortaya çıkmasından itibaren zor bir iş olmuştur. Çünkü elektriksel olarak büyük yansıtmalı dizilerin analizi için genel hesaplamalı elektromanyetik tekniklerinin kullanımı pratik olmamaktadır. Bu nedenle klasik yaklaşım, yaklaşık yöntemlere başvurmaktır.Ancak mevcut yaklaşık yöntemler ancak doğruluktan ödün vermek suretiyle hız ve hafıza gereksinimi açısından avantaj sağlamaktadır. Bu tez çalışmasında, var olan yaklaşık yöntemlerden daha yüksek doğruluk sunan ancak çözüm hızı ve hafıza ihtiyacı açısından tam dalga tekniklerden çok daha verimli olan bir yaklaşık analiz tekniği geliştirilmiştir. Geliştirilen teknik, karakteristik modların makro taban fonksiyonu olarak kullanımına ve resonant elemanın baskın karakteristik modunun dizideki tum elemanlar icin yeniden kullanılabilirligine dayanmaktadır. Bu yaklaşım, bilinmeyen sayısının önemli ölçüde azaltıldığı küçültülmüş bir matris denklemine ulaşmayı sağlamakadır. Dizinin uzak alanı dikkate alındığında, sadece tek bir karakteristik modun bile oldukça doğru sonuçlar verdiği görülmüştür. Bu doğruluğun kaynağı, original MoM matrisindeki elemanlar arası etkileşim bilgisinin korunmasıdır. Çözüm süresi; küçültülmüş matrisin terimlerini, etkileşen elemanların boyutları ve iki boyutlu deplasmanlarına bağlı bir fonksiyon olarak tablolaştırarak daha da azaltılmıştır. Yeterince uzak iki eleman için ilgili matris teriminin, elemanların boyutlarının ve deplasmanlarının hemen hemen ayrılabilir bir fonksiyonu olduğu görülmüştür. Tablolaştırma, bu durum sayesinde verimli bir şekilde yapılabilmektedir. Elde edilen hızlanma, bu analiz tekniğini tasarımda kullanmak için yeterli düzeydedir. 3.3 GHz saat hızı ile çalışan bir bilgisayar üzerinde, 1000 elemanlı bir dizi için tablolaştırma 28 dakika sürmektedir. Tablolar mevcut iken, tasarım döngüleri için esas önem taşıyan çözüm süresi 0.38 saniye olmaktadır. Yöntemin sağladığı hız, En Hızlı Düşüş ve Konjuge Gradyen gibi optimizasyon algoritmalarını uygulamayı olanaklı hale getirmektedir ve bu sayede her iki optimizasyon yöntemi tez kapsamında uygulanabilmiştir.
Özet (Çeviri)
The accurate numerical analysis of electrically large reflectarray antennas has been a challenging task since their advent because it becomes impractical to employ the generalized numerical electromagnetic tools for their numerical analysis. Therefore the classical approach is to resort to approximate methods. However, approximate methods trade off accuracy against memory and speed. In this thesis study; an approximate analysis technique is established such that it is more accurate than the present approximate analysis techniques and more efficient than the full wave analysis schemes in terms of memory requirement and speed. The technique relies on using characteristic modes as macro basis functions and reusing the dominant characteristic mode of the resonant element for all elements in the reflectarray. This utilization leads to obtaining a reduced matrix system where the number of unknowns is drastically decreased. As far as the far field is concerned, accurate results even with a single characteristic mode are achieved. The accuracy is attained owing to preservation of mutual coupling information via the original MoM impedance matrix. The solution is further accelerated by tabulating the entries of the reduced matrix as a function of interacting patch sizes and their relative displacements. It is observed that for sufficiently separated patches, the reduced matrix entry is almost a separable function of the two dimensional displacement between patches and patch sizes associated with the matrix entry. Tabulation is efficiently performed by exploiting this fact. Achieved acceleration is sufficient to use this analysis method in the design of reflectarrays. For a 1000 element array, the tabulation process takes 28 min on a platform with 3.3 GHz CPU clock speed. With the lookup table at hand, the solution time, which is important for the design iterations, is 0.38 seconds. The speed provided by the method makes it possible to employ gradient based optimization algorithms such as Steepest Descent or Conjugate Gradient Method, both of which are successfully applied to two design problems in the scope of the study
Benzer Tezler
- Efficient numerical analysis of periodic structures using the theory of characteristic modes
Periyodik yapıların karakteristik modlar teorisini kullanarak verimli nümerik analizi
YİĞİT HAYKIR
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE ÖZLEM AYDIN ÇİVİ
- Mikrodalga uygulamaları için yörünge açısal momentum taşıyan girdap ışınlarının oluşturulması
Generation of orbital angular momentum votex beam for microwave applications
ZOHREH NOAMADEH
Doktora
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERTUĞRUL AKSOY
- A new approach to satellite communication: Harnessing the power of reconfigurable intelligent surfaces
Uydu iletisimine yeni bir yaklaşım: Yeniden yapılandırılabı̇lı̇r akıllı yüzeylerden faydalanma
KÜRŞAT TEKBIYIK
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Use of computationally efficient MoM in the analysis and design of printed structures
Baskılı devrelerin analiz ve tasarımında işlemsel olarak verimli moment metodun kullanımı
LALE ALATAN (HAYIRLIOĞLU)
Doktora
İngilizce
1997
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCAY BİRAND
- Use of soft computing and numerical analysis in design, analysis and management of pavement systems
Başlık çevirisi yok
ORHAN KAYA