Alçak geçiren filtrelerde parçacık sürü optimizasyonu ile gecikme eşitleme
Delay equalization with particle swarm optimization in low-pass filters
- Tez No: 929225
- Danışmanlar: DR. ÖĞR. ÜYESİ ATİLLA UYGUR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Gebze Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Sinyal işleme, haberleşme, kontrol sistemleri gibi pek çok alanda elektronik filtreler kullanılır. Elektronik filtrelerin sahip olması gereken özelliklerden birisi de iletim bandında düzgün bir gecikme değeridir. İdeal durumda filtrelerin iletim bandında sabit bir gecikme değerine sahip olması gerekir. Bu tez çalışmasında analog filtreler için gecikme eşitleyici tasarımı yapılmaktadır. Gecikme eşitleme işleminde birinci ve ikinci derece tüm-geçiren filtre blokları kullanılmaktadır. Tüm-geçiren filtre bloklarının tasarım parametreleri hesaplanırken Parçacık Sürü Optimizasyonu algoritması kullanılmaktadır. İlk olarak, iletim bandındaki maksimum zayıflama değeri olan 𝛼max = 0.5 dB, durdurma bandındaki minimum zayıflama değeri olan 𝛼min = 20 dB, durdurma bandının başlangıç frekansının iletim bandı bitiş frekansına oranı olan (ωs / ωp) = 2 ve kesim frekansı ωp 10 kHz değerlerini sağlayacak şekilde alçak geçiren filtre Butterworth, Chebyshev ve Cauer olmak üzere 3 farklı yaklaşıklık kullanılarak tasarlanmaktadır. Butterworth yaklaşıklığı için 5. derece, Chebyshev yaklaşıklığı için 4. derece ve Cauer yaklaşıklığı için 3. derece filtre ile bu tasarım gereksinimleri sağlanabilmektedir. Bu filtreler için frekans analizi LTspice programı kullanılarak yapılmakta ve ilk durumda alçak geçiren filtrelerin gecikme değerleri elde edilmektedir. Elde edilen gecikme değerleri, PSO algoritması kullanılarak Python yazılım dilinde yazılan programa girdi olarak verilmekte, tasarlanması gereken gecikme eşitleyicideki tüm-geçiren blok sayısı ve bu blokların tasarım parametreleri program üzerinden hesaplanmaktadır. Hesaplanan tasarım parametreleri kullanılarak 7 farklı topoloji için tüm-geçiren filtre blokları aracılığıyla gecikme eşitleyiciler tasarlanmaktadır. Benzetim sonuçları kısmında her bir yaklaşıklık için tasarlanan gecikme eşitleyicilerin frekans analizleri LTspice programı kullanılarak yapılmıştır. Her bir devre için gecikme eşitleme işlemi öncesi ve sonrasında özellikle gecikme dalgalanması değerleri üzerinde durulmuştur. Butterworth yaklaşıklığına ait sayısal veriler incelendiğinde, küçük farklılıklar olmakla birlikte, Sallen-Key topolojisi dışındaki 6 devre topolojisiyle gerçekleştirilen gecikme eşitleme işlemi sonucunda gecikme dalgalanmasının yaklaşık %65 oranında azaldığı gözlemlenmiştir. Sallen-Key topolojisinde ise bu azalma oranı yaklaşık %60 seviyesindedir. Chebyshev yaklaşıklığına ilişkin veriler incelendiğinde, Sallen-Key topolojisinde gecikme dalgalanmasının yaklaşık %53, diğer 6 devre topolojisinde ise yaklaşık %64 oranında azaldığı görülmektedir. Cauer yaklaşıklığına ait veriler incelendiğinde, Sallen-Key topolojisinde gecikme dalgalanması yaklaşık %66 oranında, MFBP topolojisinde %72 oranında, diğer 5 devre topolojisinde ise yaklaşık %86 oranında azaltılmıştır. Bu sonuçlar tasarlanan algoritmanın analog filtrelerin gecikme eşitleme işleminde başarılı olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
Electronic filters are widely used in various fields, including signal processing, communication, and control systems. One of the essential characteristics that electronic filters should possess is a stable delay value within the passband. Ideally, filters should have a constant delay value within the passband. This thesis focuses on the design of delay equalizers for analog filters. In the delay equalization process, first- and second-order allpass filter blocks are utilized. The design parameters of the allpass filter blocks are calculated using the Particle Swarm Optimization (PSO) algorithm. Initially, a low-pass filter is designed to meet the specifications of a maximum attenuation in the passband of 𝛼max = 0.5 dB, a minimum attenuation in the stopband of 𝛼min = 20 dB, a stopband-to-passband frequency ratio of (ωs / ωp) = 2, and a cutoff frequency of ωp = 10 kHz. This design is implemented using three different approximation methods: Butterworth, Chebyshev, and Cauer. The specified design requirements are achieved with a 5th-order filter for the Butterworth approximation, a 4th-order filter for the Chebyshev approximation, and a 3rd-order filter for the Cauer approximation. Frequency analysis for these filters is conducted using the LTspice software, and the initial delay values of the low-pass filters are obtained. The obtained delay values are then input into a program written in Python, utilizing the PSO algorithm. The program computes the number of allpass filter blocks required for the delay equalizer and determines their design parameters. Based on these calculated design parameters, delay equalizers are designed for seven different topologies using allpass filter blocks. In the simulation results section, frequency analyses of the delay equalizers designed for each approximation are performed using the LTspice software. The focus is primarily on the delay ripple values before and after the delay equalization process for each circuit. An analysis of the numerical data for the Butterworth approximation reveals that, despite minor variations, the delay ripple is reduced by approximately 65% for six circuit topologies other than the Sallen-Key topology. For the Sallen-Key topology, this reduction is approximately 60%. For the Chebyshev approximation, the delay ripple is reduced by approximately 53% for the Sallen-Key topology and around 64% for the other six circuit topologies. For the Cauer approximation, the delay ripple reduction is approximately 66% for the Sallen-Key topology, 72% for the MFBP topology, and around 86% for the other five circuit topologies. These results demonstrate the effectiveness of the designed algorithm in achieving delay equalization for analog filters.
Benzer Tezler
- Bessel, butterworth ve chebyshev aktif filtre modellerinde parametre kestirimi için PSO, DE ve ABC optimizasyon algoritmalarının uygulanması
Application of PSO, DE and ABC optimization algorithms to bessel, butterworth and chebyshev active filter models for parameter estimation
MUSTAFA AKKUŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDumlupınar ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HASAN TEMURTAŞ
- Evrimsel algoritmalarla filtre tasarımları
Filter designs with evolutionary algorithms
YİĞİT ÇAĞATAY KUYU
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiUludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FAHRİ VATANSEVER
- Medical image compression based on vector quantization and discrete wavelet transform
Vektör kuantizasyonu ve ayrık dalgacık dönüşümüne dayalı tıbbi görüntü sıkıştırma
AZHAR ABDULHASAN MUHAMMED ALI AJAM
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolSakarya ÜniversitesiBilgisayar ve Bilişim Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET ZENGİN
- Localization of radio sources using autonomous unmanned aerial vehicles for search and rescue applications
Arama ve kurtarma uygulamaları için otonom insansız hava araçları ile radyo kaynaklarının konumunun tespiti
ÖMER HEREKOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ RAMAZAN YENİÇERİ
- Development and characterisation of functional nanofibers for face mask applications
Yüz maskesi uygulamaları için fonksiyonel nanoliflerin geliştirilmesi ve karakterizasyonu
TUĞBA BAYSAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Bilim ve Teknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ DEMİR