Metamaterial based transmission lines and their applications on matching circuits
Metamateryal temelli iletim hatları ve uydurma devresi uygulamaları
- Tez No: 432089
- Danışmanlar: PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- 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: 124
Özet
Günümüz dünyasında Metamateryaller dünya çapında büyük bir rol oynamaktadır. Son on yılda bu konu üzerinde çalışmakta olan bir çok araştırma grupları, universite projeleri, doktora tezleri vs. vardır. Metamateryaller üzerindeki araştırmalarla ilgili grupların çoğunluğu 1967 yılında Veselago tarafından ortaya konan sol-ellilik ortamının temel özelliklerini araştırırken fiziki bakış açısıyla odaklanagelmişlerdir. Bununla birlikte, başka bir grup bu eğilimi takip etmekten ziyade Metamateryaller üzerinde sistematik ve kapsamlı bir araştırma gerçekleştirmiş ve mühendislik yaklaşımı ortaya koymuştur. Bu grup, Multidisciplinary University Research Initiative (MURI) programı çerçevesinde araştırma yürütmek için Kaliforniya Üniversitesi, Los Angeles (UCLA) tarafından kurulmuştur. Söz konusu olan mühendislik yaklaşımı genel iletim hattı teorisi temeline dayanmış ve pratiksel uygulamalar geliştirme üzerinde durarak sistematik yaklaşan ve emsalsiz özellikleri performans işlevsellikleri açısından ortaya koymuştur. Doğadan esinlenen metasezgisel algoritmaları günümüzde bilimsel ve mühendislik çevrelerinde karşılanan çok çeşitli doğrusal olmayan optimizasyon problemlerinin çözümlerini bulmak için en yaygın kullanılan algoritmalar haline gelmektedir. Yang ve Deb tarafından en son geliştirilen metasezgisel algoritma olan Guguk Kuşu Araması (Cuckoo Search) algoritması basit uygulaması, hızlılığı ve diğerlerinden daha etkili olması sebebiyle popüler hale gelmekte ve böylece metasezgisel algoritmaların önde geleni olmaktadır. Bunun yanında, en son geliştirilen Guguk Kuşu Aramasının değiştirilmiş versiyonu Değiştirilmiş Guguk Kuşu Araması (MCS) ortaya sunulmuş ve bunun bir çok durumlarda standart Guguk Kuşu Araması, Parçacık Sürü Optimizasyonu ve Diferansiyel Evrim Algoritmaları kadar veya daha iyi performans sergilediği gösterilmiştir. Özellikle, Değiştirilmiş Guguk Kuşu Araması yüksek sayıdaki boyutlarda bile gerçek global minimuma yüksek yakınsama hızı göstermektedir. Bu tez çalışmasında, ilk olarak Bileşik Sağ/Sol-El (BSSE) iletim hatları genelleştirilmiş iletim hattı teorisi kullanılarak incelenmiş ve özellikleri gösterilmiştir. Sonrasında mikrodalga kuvvetlendirici optimizasyonu sunulmuştur. Daha sonra, en son optimizasyon algoritmalarından olan metasezgisel algoritmalar incelenmiştir. BSSE iletim hatlarının uydurma devresi olarak analizi yapılmış ve mikrostrip hattı temelli simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Bunun ardından tek transisörlü ultra-geniş bantlı düşük-gürültülü kuvvetlendirici tasarım optimizasyonu sunulmuştur. Bu tasarım işleminde, özdeş asimetrik hücrelerden oluşan dengeli koşulundaki BSSE iletim hatları ön- ve arka-uçlarında uydurma devreleri olarak kullanılmış ve çözüm uzayında global optimumu hassasca ve hızlıca bulmak için arama algoritması olarak Değiştirilmiş Guguk Kuşu Aramasından yararlanılmıştır. Burada, dengeli BSSE iletim hattının en önemli özelliklerinden olan: dengeli durumunda dispersiyon karakteristiğindeki aralık kapanmakta, ve karakteristik empedans frekanstan bağımsız hale gelmekte ve Z0 = ZL = ZR = sabit olmaktadır, burada ZL ve ZR sırasıyla Sol-El ve Sağ-El bölgelerinin karakteristik empedanslarıdır, kullanılmıştır. Böylece, dengeli koşulu sonsuz bant genişliği boyunca uydurma işlemini olanaklı kılmaktadır. Ayrıca, hücrenin asimetrik yapısı uydurma işlemini istenen bant genişliği boyunca değişen çeşitli sonlandırmalara daha elverişli kılmaktadır. Tasarlanan düşük-gürültülü kuvvetlendirici modeli için MATLAB kodunda verilen performans analizi AWR simülasyonu ile aynı sonucu verdiği gözlenmiş ve tasarım hedef performansı ile de cok uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Sonuç olarak, tasarım optimizasyonunda tek bir BSSE iletim hattı hücresi küçültülmüş yüksek-performanslı BSSE iletim hatlı düşük-gürültülü kuvvetlendirici tasarımlarını kolaylaştıran ön- ve arka-uç ultra-geniş bantlı uydurma devreleri için yeterli olduğu saptanmıştır.
Özet (Çeviri)
In today's world Metamaterials are playing a huge role throught the world. There are a lot of Research groups, university projects, Ph.D thesis works etc. working on this subject throught the last decade. Most of the groups related to the research on Metamaterials (MTMs) had been focusing on investigating the fundamental properties of left-handed (LH) media given by Veselago in 1967 from a physics point of view. However, not following this trend there was another group which made a systematic and comprehensive investigation on MTMs and proposed an engineering approach. This group was implemented by the University of California, Los Angeles (UCLA) in order to conduct the research in the context of a Multidisciplinary University Research Initiative (MURI) program. An engineering approach was based on a generalized transmission line (TL) theory, with systematic emphasis on developing practical applications, exhibiting unprecedented features in terms of performances or functionalities. Nature-inspired metaheuristic algorithms are now getting to be among the most widely used algorithms for finding the solutions of the wide-range nonlinear optimization problems in the scientific and engineering environments. One of the latest proposed metaheuristic algorithms called cuckoo search (CS) by Yang and Deb becomes very popular because of its simpler implementation, fastness, and being more efficient than the others and thus being on the leading edge of the metaheuristic algorithms. On the other hand, a modification of the recently developed CS is presented in [22] as modified cuckoo search (MCS) algorithm and it is demonstrated that, in most cases, the MCS performs as well as, or better than, the standard CS, PSO, and DE. In particular, the MCS shows a high convergence rate to the true global minimum even at high numbers of dimensions. In this thesis work, we firstly investigate the CRLH TLs by using generalized TL Theory and demonstrate their properties. Microwave amplifier optimization will be proposed next. Then, state-of-the art optimization algorithms as metaheuristic optimization algorithms is studied. Analysis of the CRLH TLs as a matching circuits will be given with the simulation of microstrip line based CRLH TL. After, we present a design optimization of a single transistor ultra-wideband low-noise amplifier (LNA). In this design procedure, CRLH TL consisting of identical asymmetric cells in the balanced condition are used as its matching circuits at the front-ends and back-ends, and the MCS is employed as the searching algorithm to find out the global optimum within the solution space accurately and fast. Here, one of the most important features of the balanced CRLH TL is utilized: in the balanced case, the gap in the dispersion characteristic closes up, and the characteristic impedance becomes a frequency-independent quantity Z0 = ZL = ZR = constant, where ZL and ZR are the characteristic impedances of the LH and RH regions, respectively. Thus, the balanced condition allows matching over an infinite bandwidth. Besides, asymmetrical structure of the cell makes matching more convenient to the different termination values varying throughout the required bandwidth. Performance analysis in MATLAB code for the designed LNA model agrees with its AWR simulation and, furthermore, a good agreement is also obtained with the design target performance. Thus, in the design optimization, a single CRLH TL cell is found to be sufficient for the ultra-wideband matching for both the front-ends and back-ends that facilitate miniatuarized high-performance CRLH TL LNA designs.
Benzer Tezler
- Metamalzemeler, bakışımsız ortam ve mikrodalga uygulamaları
Metamaterials, chiral media and microwave applications
FURKAN DİNÇER
Doktora
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMustafa Kemal ÜniversitesiEnformatik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. EMİN ÜNAL
- Katmanlı yapıların ekranlama etkinlik analizi
Shielding effectiveness analysis of multilayered structures
ÖMER KOŞAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ÇİĞDEM SEÇKİN GÜREL
- Savunma sanayi uygulamalarında termal kamuflaj gerçekleştirmek için metamalzeme anten tasarımı
Metamaterial antenna design for thermal camouflage in defense industry applications
AHMET DEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Savunma ve Savunma TeknolojileriSivas Bilim ve Teknoloji ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TİMUÇİN EMRE TABARU
- Optik saydam antenler
Optical transparent antennas
ÇAĞLAR KAYA
Doktora
Türkçe
2024
Fizik ve Fizik MühendisliğiAnkara ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ AKAOĞLU
- Development of a metamaterial based vibration detection sensor
Metamalzeme tabanlı titreşim algılama sensörünün geliştirilmesi
ELİF BUSE ZENGİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİzmir Ekonomi ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. DİAA GADELMAVLA