Mikroşerit antenin parametrelerini MTM yapılar ile iyileştirme ve parametre değerlerinin yapay sinir ağı ile tahmin edilmesi
Künye
Sağık, M. (2019). Mikroşerit antenin parametrelerini MTM yapılar ile iyileştirme ve parametre değerlerinin yapay sinir ağı ile tahmin edilmesi. (Yüksek Lisans Tezi). İskenderun Teknik Üniversitesi / Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü, Hatay.Özet
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.