Modelling of power combiner using fractional order derivative
Kesirli düzen türev kullanılarak güç toplayıcının modellenmesi
- Tez No: 496429
- Danışmanlar: PROF. DR. İSMAİL SERDAR ÖZOĞUZ, DR. ÖMER AYDIN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2018
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektronik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Güç Toplama teknikleri 1960'ların sonunda ve 1970'lerin başında aktif cihazların kullanılmaya başlamasıyla ortaya çıkmıştır. 1960'ların sonuna gelindiğinde, milimetrik-dalga bölgesinde işlev gören tek cihazlar tanıtılmış ve daha yüksek güç seviyelerine ulaşmak için, araştırmacılar bu cihazların birkaçını toplamak için yollar aramışlardır. Bunlar, farklı teknik ve transmisyon araçları kullanılarak; karıştırıcı, çarpıcı ve osilatör veya diğer lineer ve lineer olmayan devreler için hayati bileşenler olmanın yanında, yüksek güçlü amplifikatör (GA) tasarmında da önemli bir rol oynamaktadır. Güç toplayıcı, yüksek performans seviyeleri sağlarken, çoklu girişler arasındaki RF/Mikrodalga sinyallerinin K-sayılarını tek bir çıkışta birleştiren veya toplayan çok uçlu bir cihazdır. Yaygın olarak birçok uygulamada, özellikle yüksek frekanslarda kullanılan güç toplayıcının ayırt edici özelliği, etkisi, bant genişliği ve doğal olarak boyutuyla ilgisiyle olan ekleme kaybıdır. Güç toplayıcıların performansı, güç toplayıcının yapısının türüne ve dizayn teknolojisine sıkı sıkıya bağlıdır. Doğru türler yüksek güç elde etmek için ayrı sinyalleri toplarken, istenen performansa ulaşmak için kullanılmaktadır. Birçok uygulamada kullanılan en önemli yapılardan biri olan transmisyon hattı transformatörleri, çok sayıda uygulama için düşük frekanslardan yüksek frekanslara kadar geniş bant işlevselliği sağlamaktadır. Matematiksel bir sistem deneyimi için kesir dereceli türev gereklidir. Son on yılda farklı alanlarda kesirli türev kullanan çeşitli sistemler önerilmiştir. Kesir dereceli modellemenin, uzun süreli bellek sürecinde, klasik tam sayı-dereceli modelden daha fazla avantajı vardır. Ayrıca, ekstra parametreler (kesirli) sistemin tepkisini geliştirerek; özgürlüğünü, derecesini ve dizayn esnekliğini artırmaktadır. Transmisyon hattı transformatör yapılandırması kullanarak, uyumlu bir yapıyla, dereceli elementler kullanarak iki yollu bir güç toplayıcı tanıtılmıştır. Önerilen toplayıcı 3MHz-3GHz aralığında çalışmaktadır. Yapı, ideal bir transformatör kullanılarak geniş bant bir devrede uygulanmaktadır. Önerilen devre analitik olarak incelenmiş ve HFSS içindeki fiziksel boyutlarda elde edilmiştir. Genel yapıyı düzenleyen denklemleri çıkarmak için, önerilen güç toplayıcı, giriş kaynağı ve çıkış portundaki giriş kaynak voltajlarını ve direncini içeren eşdeğer devre modeliyle varsayılmıştır. Ayrıca, transmisyon hattı ile eşdeğer devre modeli, önerilen yapının tasarım süreci boyunca gerekli olan başlangıç koşullarıyla tanımlanmaktadır. Eşdeğer devre bazında, genel yapının davranışı, iki gereksinimin ortak sonucunun neticesidir: İlk olarak devrenin her iki parçasının kendi öz nitelikleri ile uyum içinde çalışması ve ikinci olarak da, bu tür performansın, yapının diğer bölümleri ile ardışık olarak toplayıcı halinde olması gerekir. Kirchhof Kanunu, devre elementleriyle nitelendirilirken, transmisyon hattı transformatörünün davranışı, transmisyon hattı denklemleri ile nitelendirilir. Aralarındaki ara bağlantı, dizaynın başlangıç şartları ve uçlarındaki gerilim ve akımların süreklilik koşulları ile tanımlanmaktadır. β faz sabiti; l transmisyon hattının uzunluğu; z_o empedans olarak tanımlanmaktadır; V_s çıkış voltajı; V_g1 ve V_g2 giriş voltajları V_ia ve V_ib transmisyon hattı sınırlarındaki voltajlar; V_2 ve V_1 sırasıyla düğüm noktasındaki voltajlar. Çıkış voltajı ve düğümlerdeki voltajlar, genel yapıyı düzenleyen sistemi çözerek ve tezin sonraki bölümünde önerilen güç toplayıcının performanslarını belirlemek suretiyle kurulmaktadır. Çoğu gerçek dizayn, performanslarını etkileyebilecek ideal olmayan bir fenomene sahiptir. Bu fenomenlerden biri de yüzey etkisidir. Doğru simülasyon sonuçlarını elde etmek için önerilen tasarımda deri yüzey olgusu incelenmiştir. Bununla ilgili terim, analitik olarak, kesitteki transmisyon hattının karakteristik empedansından ve RLCG modelindeki yüzey iletkeninin direncinden çıkarılmaktadır. HFSS'te deri etkisi, iletken içindeki alanları varsayılan olarak bulmak suretiyle modellenmiştir. Geniş bant modeli eşdeğer devre uygulamasıyla, HFSS'te EM analizi ilgi aralığında teorik analizin bir yönünü verirken, MATLAB simülasyonlarında transmisyon parametreleri kanıtlanmıştır. İlgi aralığındaki ufak bir artışla toplam 1dB'ye çıkan giriş yansıma katsayısı, portlar arası izolasyonda S_12 için 14dB civarında; S_13 ve S_23.için 3dB civarında bulunmaktadır. Çalışmamızın kalitesi ve başarımı, kesir dereceli transmisyon hattının klasik hatla karşılaştırılması göz önünde bulundurularak, MATLAB/HFSS ortak simülasyon sonuçlarıyla vurgulanmıştır. Bu tezde incelenen, doğru sonuç açısından ödünleşim sağlamaktadır. Ayrıca, türevin derecesiyle daha çok kontrol sağlamaktadır. Buna ek olarak, yüzey etkisi de önerilen yapının analizinde modellenmekte, güç toplayıcının tepkisi simülasyon sonuçlarında hiçbir etki göstermemektedir.
Özet (Çeviri)
Combining is a requirement in many applications, large number have been proposed since using different design approaches and transmission media. The aim was to combine separate signal sources into a stronger signal or to combine by improving the power level of the individual signal source. One of the most important structure in many applications, transmission line transformer (TLT) used among, provide broadband functionality from low to very high frequencies for large number of applications. By using a TLT between, a configuration compatible with it, a modelling of two-way power combiner using fractional elements is introduced. The proposed combiner operates from 3 MHz to 3 GHz. The structure is implemented in a broadband circuit with an ideal transformer. The proposed circuit is studied analytically and obtained with physical dimensions within HFSS (High-Frequency Structural Simulator). To extract the equations governing the overall structure, the proposed power combiner was assumed by its equivalent circuit model including input source voltages with resistance at the input ports separated by two times the same resistance and two times lower the same resistance at the output port. Furthermore, the equivalent circuit model with the transmission line is defined with the initial conditions required throughout the design process of the proposed structure. With broadband model equivalent circuit implementation, the transmission parameters were evidenced in MATLAB while in HFSS, the EM (Electromagnetic) analysis give some aspect of the reflection and the transmission characteristics of the designed power combiner-based in range of interest. The input reflection coefficients achieved a maximum of 2dB with a slight increase over some frequencies in the range of interest while the output reflection coefficient provides a maximum of 7dB. On the other hand, transmission characteristics are also simulated and consistent results are observed. From this, the designed combiner achieved an input isolation of 22dB maximum and a gain of 3dB. The quality of our work and his performance were highlighted by the co-simulation MATLAB/HFSS results by considering the fractional order transmission line compared with the classical one. The one investigated in this thesis provide a trade-off in term of accurate results. Additionally, it allows and gives more control through the order of derivative. In addition, the skin effect is modelled in the analysis of the proposed structure as well and the response of the power combiner shows no effect in the simulated results.
Benzer Tezler
- Kesir mertebeli PID kontrolörlerde türev mertebesinin çevrimiçi ayarlanması
Kesir mertebeli PID kontrolörlerde türev mertebesinin çevrimiçi ayarlanmasi
MERT CAN KURUCU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜJDE GÜZELKAYA
- İmalat sistemlerinin tasarlanması ve öncelik kurallarının belirlenmesinde yapay sinir ağlarının kullanılması
Başlık çevirisi yok
TARIK ÇAKAR
Doktora
Türkçe
1997
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik Üniversitesiİşletme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYHAN TORAMAN
- Novel fractional order calculus-based audio processing methods and their applications on neural networks for classification and synthesis problems
Kesirli mertebeden kalkülüs temelli yeni ses işleme yöntemleri ve bunların sinir ağları üzerinde sınıflandırma ve sentez problemlerine uygulanması
BİLGİ GÖRKEM YAZGAÇ
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜRVET KIRCI
- Doğrudan ateşlemeli, kanatlı borulu ısı değiştiricinin modellenmesi
Modelling of a direct fired, finned tube heat exchanger
MUHAMMED OĞUZHAN ÖZÇELİK
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. İ. YALÇIN URALCAN
- Deprem etkisindeki yapıların aktif kontrolü
Active control of structures under seismic excitation
BEKİR BORA GÖZÜKIZIL