Mikroşerit antenin parametrelerini MTM yapılar ile iyileştirme ve parametre değerlerinin yapay sinir ağı ile tahmin edilmesi

Abstract

Mühendislik çalışmalarında elektromanyetik alanına konu olmuş metamalzemelere (MTM) olan ilgi artarak devam etmektedir. MTM en genel tanımıyla elektromanyetik özellikleri açısından doğada bulunmayan malzemelerdir. Bu malzemeler bilinen malzemelerin bir araya getirilmesi sonucu fiziksel olarak oluşturulabilen ve laboratuvarlarda yapay olarak üretilebilen malzemelerdir. Yama, horn, monopol, mikroşerit ve yagi anten gibi birçok anten çeşidi vardır. Bu tez çalışmasında mikroşerit antenin tasarımı yapılmıştır ve bu antenin bazı parametreleri MTM özellikteki yapılar ile iyileştirilmek istenmiştir. Bu parametreler antenin kazancı ve yönlülüğüdür. Ayrıca elde edilen veriler yapay sinir ağlarına eğitilerek gerçek değerler tahmin edilmiştir. MTM yapıların anten ile etkileşimi sonucu elde edilen veri değerleri yapay sinir ağları (YSA) tekniği için kullanılarak eğitilmiştir. YSA tekniğini kullanmaktaki amaç YSA ile en iyi tahmin edilen MTM yapısının tespitini yapabilmektir. Tez çalışmamızda ilk önce CST MWS simülasyon programında 40 tane rastgele MTM yapısı tasarlanmış ve sonra analizleri yapılmıştır. Bu yapıların her biri 6x6 birim kare yamalardan oluşmaktadır. Yapıların dielektrik katsayısını (ɛ), manyetik geçirgenlikleri (μ) ve kırılma indislerini (n) bulmak için CST MWS simülasyon programında S11 ve S21 parametre verileri elde edilmiştir. Tez çalışmasının özgün yanı, rastgele ve simetrik olan MTM yapıların anten kazancına ve yönlülüğüne etkisini incelemek ve bu parametre değerlerinin YSA tekniği ile tahmininin yapılmasıdır. MTM yapıların anten ile etkileşimi sonrasında anten kazancı ve yönlülüğü iyileştirilmeye çalışılmıştır. Bulunan değerler YSA ile tahmin edilmiştir ve en iyi tahmin edilen yapı belirlenmiştir. İkinci çalışmada, C şeklinde MTM özellik gösteren SRR yapısı tasarlanmıştır. C şekilli SRR yapısının ebatları değiştirilerek antenin rezonans frekansı ve S11 değeri incelenmiştir. YSA tekniği için antenin yeni rezonans frekansı ve S11 değerlerinden veri seti hazırlanmıştır. Bu değerler YSA uygulamasında eğitim işlemi yapılmış ve değerler tahmin edilmiştir. Son olarak laboratuvarda önerilen anten ve MTM yapısının üretimi yapılmıştır. Yapıların üretiminden sonra ölçümleri gerçekleştirilmiş ve simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Bu şekilde gerekli incelemeler yapılmıştır ve amaçlanan çalışmanın sonucuna ulaşılmıştır.

In engineering studies, the interest in the electromagnetic field-related metamaterials (MTM) is increasing. MTM is the most general definition of materials that are not found in nature in terms of electromagnetic properties. These materials are materials that can be physically formed as a result of combining known materials and can be artificially produced in laboratories. There are many kinds of antennas such as patch, horn, monopoly, microstrip and yagi antenna. In this thesis, the design of the microstrip antenna has been made, and some parameters of this antenna have been requested to be improved with MTM structures. These parameters are the gain and directivity of the antenna. In addition, the obtained data were trained to artificial neural networks and the actual values were estimated. The data obtained as a result of the interaction of MTM structures with the antenna are trained using artificial neural networks (ANN) technique. The aim of using the ANN technique is to determine the best estimated MTM structure with ANN. Firstly in this thesis study, 40 random MTM structures were designed and then analyzed in CST MWS simulation program. Each of these structures consists of 6x6 unit square patches. In order to find the dielectric coefficient (ɛ), magnetic permeability (μ) and refractive index (n) of the structures, parameter data S11 and S21 were obtained in the CST MWS simulation program. The specific aspect of the thesis study is to examine the effect of random and symmetrical MTM structures on antenna gain and directivity and to estimate these parameter values by the ANN technique. After the interaction of the MTM structures with the antenna, antenna gain and directivity were tried to be improved. The values obtained were estimated by ANN and the best-predicted structure was determined. In the second study, the SRR structure with C-shaped MTM was designed. The resonance frequency and S11 value of the antenna were examined by changing the dimensions of the Csheped SRR structure. For the ANN technique, the data set was prepared from the new resonance frequency and S11 values of the antenna. These values were educated in ANN application and the values were estimated. Finally, the laboratory produced the antenna and MTM structure. Measurements were made after the production of the structures and compared with the simulation results. In this way, necessary investigations have been made and the result of the intended study has been reached.