Design of wideband reflectarrays by using neural networks
Sinir ağları kullanarak geniş bant yansıtıcı dizi anten tasarımı
- Tez No: 846842
- Danışmanlar: DOÇ. DR. LALE ALATAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: yansıtıcı dizi anten, çok katmanlı, geniş bant, ileri beslemeli sinir ağı, reflectarray, multi-layer, wideband, machine learning, feedforward neural network
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 75
Özet
Yansıtıcı dizi antenlerinin tasarımı sırasında, belirli bir geometriye sahip bir birim hücrenin faz tasarım eğrisi kullanılır. Bu eğriler, dizinin merkez frekansında birim hücreyi simüle ederek ve fazı değiştirmek için kullanılan birim hücrenin değişkenine göre yansıma katsayısının fazını çizerek elde edilir. Ancak, bu yaklaşım geniş bantlarda çalışan yansıtıcı dizi antenleri tasarlamak için yeterli değildir. Kaynaktan gönderilen frekans tasarım frekansından saparsa, yansıma fazı değişir, bu da seviyesi artan yan huzmelere ve daha geniş ana huzmeye neden olur. Dizinin geniş frekans bandında çalışabilmesi için dizi merkezinden farklı mesafelerdeki elemanların fazının frekansa göre değişiminin de farklı olması gerekmektedir. Bu nedenle birim hücrenin tek bir değişkeni, merkez frekanstaki yansıma fazına ek olarak bant aralığındaki frekansa göre faz değişimini kontrol etmek için yeterli olmayacaktır. Dolayısıyla, birim hücrenin çoklu parametrelerini optimize etmek için kapsamlı bir tasarım yaklaşımı gereklidir. Literatürde, geniş bantlı yansıtıcı dizi tasarımı için birim hücrenin eşdeğer devre modelini kullanan ve filtre tasarımına dayanan yaklaşımlar önerilmiştir. Bu yaklaşımlar etkili olmasına rağmen, birim hücrenin parametreleri ile eşdeğer devredeki indüktans ve kapasitans değerleri arasındaki ilişki açıkça ifade edilemediğinde uygulanabilir olmaktan çıkmaktadır. Bu tezde, üç bağımsız parametre ile karakterize edilen bir birim hücre ele alınmış ve birim hücrenin tam dalga simülasyon sonuçlarını kullanarak, istenen bant için merkezde ve ayrıca daha düşük ve üst frekanslarda üç bağımsız parametrenin farklı kombinasyonları için bir sinir ağı modeli oluşturulmuştur. Sinir ağı modeline girenler, üç frekansta gereken yansıma faz değerleri ve çıkışlar, istenen faz değerlerini veren birim hücrenin üç parametresidir. Bu yaklaşımla tasarlanan dizinin ışıma örüntüleri, iki parametreyi üçüncü parametre cinsinden ifade ederek elemek suretiyle elde edilen faz tasarım eğrisini kullanarak tasarlanan dizi sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Üç optimize edilmiş parametre ile sinir ağı modeline dayalı tasarımın, çalışma bant genişliği içinde stabil bir ana hüzme ve bandın kenarlarında -19 dB'nin altında yan lop seviyeleri sağladığı, tek optimize edilmiş parametre ile tasarımın ise merkez frekansta benzer bir performans sağladığı ancak bandın kenar frekanslarında daha geniş huzme genişliği ve -12dB kadar yüksek yan huzme seviyeleri verdiği gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
During the design of reflectarray antennas, the phase design curve of a unit cell with specified geometry is utilized. These curves are obtained by simulating the unit cell at the center frequency of the array and plotting the phase of the reflection coefficient with respect to the variable of the unit cell used to alter the phase. However, this approach is not sufficient to design reflectarrays operating at widebands. As the operating frequency deviates from the design frequency, the reflection phase changes, that results in increased sidelobes and wider beamwidths. For the elements at different distances from the center of the array, the variation of phase with respect to frequency is desired to be different to achieve wideband operation. Therefore, a single variable of the unit cell will not be enough to control the variation of phase with respect to frequency in the operational bandwidth in addition to the reflection phase at the center frequency. Hence a comprehensive design approach is required to optimize multiple parameters of the unit cell. In the literature, approaches based on filter design that utilizes equivalent circuit model of the unit cell are proposed. Although these approaches are effective, they tend to be infeasible when dealing with complicated unit cell geometries such that the relation between the inductance and capacitance values in the equivalent circuit and the parameters of the unit cell can not be expressed explicitly. In this thesis, a unit cell that is characterized by three independent parameters is considered and a neural network model is constructed by using full-wave simulation results of the unit cell both at the center and also at the lower and upper frequencies at the edges of the desired band for different combinations of the three independent parameters of the unit cell. The inputs to the neural network model are the required reflection phase values at three frequencies and outputs are the three parameters of the unit cell that results in the desired phase values. The radiation patterns of the array designed with this approach are compared to the results of the array designed by using a phase design curve that is obtained by eliminating two of the independent parameters by expressing them in terms of the third parameter. It is observed that the neural network model based design with three optimized parameters provides a stable main beam within the operational bandwidth and sidelobe levels below -19 dB even at the edges of the band as opposed to the design with a single optimized parameter that provides similar performance at the center frequency but results in wider beamwidth and sidelobe levels as high as -12dB at the edge frequencies of the band.
Benzer Tezler
- 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
- Ultra wıdeband tıghtly coupled reflectarray antenna
Ultra geniş bantlı sıkıca bağlı yansıtıcı dizi anten
MUTLU KOLDAŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HATİCE ÖZLEM AYDIN ÇİVİ
- Küp uydular için C/X dual bantlarında çalışan geniş bantlı katlanabilir yansıtıcı dizi anten tasarımı, benzetimi ve ölçümü
Design, simulation, and measurement of wideband folded reflectarray antenna operating in C/X dual bands for cubesats
GÜLPAŞA ÖZDEMİR KURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Mühendislik BilimleriMilli Savunma ÜniversitesiAskeri Elektronik Sistemler Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MERT KARAHAN
- Yönlü anten ve anten dizileri için geniş bantlı ve geniş tarama açılı doğrusal 45° polarizör tasarımı
Design of wideband and wide scan angle slant polarizer for directional antennas and antenna arrays
KORAY SÜRMELİ
Doktora
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET KIZILAY
- Design and implementation of wideband stripline circulators
Geniş bant şerit hat sirkülatörlerin tasarımı ve gerçeklenmesi
GÖKÇEN YILMAZ DAYANIKLI
Yüksek Lisans
İngilizce
2012
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ŞİMŞEK DEMİR