Üç boyutlu seramik tabanlı mikrodalga devrelerin tasarımı
Design of three-dimensional ceramic based microwave circuits
Yazar: TARLAN MAHOUTI
Danışman: PROF. DR. NİLGÜN KUŞKONMAZ ; PROF. DR. TÜLAY YILDIRIM
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Metalurji ve Malzeme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Üretim Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Metalurji Mühendisliği = Metallurgical Engineering
Dizin: Altlık = Litter ; Mikrodalga devreleri = Microwave circuits ; Seramikler = Ceramics ; Yapay sinir ağları = Artificial neural networks ; Üç boyutlu yazıcı = Three dimensional printer

Özet:
Bu çalışma kapsamında yapay sinir ağı tabanlı modeller kullanılarak seramik tabanlı düzlemsel olmayan mikroşerit iletim hatlarının modellenmesi hedeflenmiştir. Öncelikle (i) düzlemsel olmayan bir mikroşerit iletim hattının tasarımında önemli parametrelerinden biri olan saçılma parametresinin tasarıma ait geometrik değişkenlere bağlı bir şekilde ilk olarak "Çok Katmanlı Algılayıcı" kullanılarak değer tahmini hedeflenmiştir. Bu amaçla 3B elektromanyetik benzetim programı, CST de önerilen düzlemsel olmayan mikroşerit iletim hattının tasarımı yapılmış olup eğitim ve test aşamaları için gerekli veri setleri elde edilmiştir. Bu çalışmada sabit bir L uzunluğunda daha uzun bir yol mesafesi ile iletim hattının çalışma frekansının boyutu artmaksızın daha düşük frekanslara çekilmesine olanak sağlanmıştır. Çalışmanın devamında (ii) tasarlanılan iletim hattının bant geçiren filtre uygulamasında kullanılabilinmesi adına birim eleman oluşturulması hedeflenmiştir. Bu amaç doğrultusunda derin öğrenme modellerinden biri olan M2LP (Modifiye Çok Katmanlı Algılayıcı) ve meta sezgisel optimizasyon yönteminden biri olan Diferansiyel Evrim Algoritması kullanılmıştır. Çalışmanın son bölümünde (iii) 3B baskı teknolojisi kullanılarak optimum şekilde tasarlanan filtrenin prototip haline getirilmesi ve performans özelliklerinin ölçülmesi hedeflenmiştir. Bu hedef doğrultusunda önerilen tasarımın 3B EM modeli, eğitim ve doğrulama veri setleri oluşturmak için kullanılmıştır. Daha sonra Ensemble Learning, Destek Vektör Makinesi, Gaussian Process Regresyon, Yapay Sinir Ağı gibi yaygın olarak kullanılan son teknoloji regresyon algoritmaları, modelin girdileri (geometrik tasarım değişkenleri & frekans) ve birim eleman tasarımının çıktıları (saçılma parametrelerinin gerçek ve sanal kısımları) arasında bir eşleme oluşturmak adına doğru ve hızlı bir vekil model oluşturmak için kullanılmıştır. Daha sonra bir bant geçiren filtrenin tasarım optimizasyonu için bir meta sezgisel optimizasyon algoritması olan Gri Wolf Optimizasyon algoritması kullanılmıştır. Bu tez çalışmasında simüle edilmiş ve deneysel sonuçlara göre 3B yazıcı teknolojisi; seramik malzeme ve önerilen veriye dayalı vekil model destekli optimizasyon süreci kullanılarak Düzlemsel Olmayan Mikroşerit Filtrenin tasarım optimizasyonunun hesaplamalı olarak gerçekleştirilebileceği gözlemlenmiştir.

Abstract:
In this study, it is aimed to estimate the value of the scattering parameters of the non-planar microstrip lines with ceramic base material with respect to the geometrical design parameters, by using the MLP. For this purpose, firstly the design of the non-planar microstrip transmission line in the CST has been modelled. After that, data sets have been obtained for the training and test phases using the 3D CST model. Herein, with a longer path distance of a fixed length L, it is possible to pull the transmission line to lower frequencies without increasing the size of the operating frequency. It is aimed to create a unit element so that the designed transmission line can be used in band-pass filter application. For this purpose, one of the deep learning models M2LP and one of the Meta heuristic optimization method differential evolution algorithms were used. In the last part of the study, it is aimed to prototype the filter, which is optimally designed using 3D printing technology, and to measure its performance characteristics. For this aim, 3D EM model of the proposed design had been used for generating training and validation data sets. Then commonly used state of the art regression algorithms such as Ensemble Learning, SVM, GPR, ANN had been used for creating an accurate and fast surrogate model to create a mapping between inputs of the model (geometrical design variables & frequency) and outputs (real and imaginary parts of scattering parameters) of the unit element design. After that, GWO algorithm, a Meta heuristic optimization algorithm had been used for design optimization of a band pass filter. Herein, by using 3D printer technology, ceramic material and the proposed data driven surrogate model assisted optimization process, design optimization of Non-Uniform Non-Planar Microstrip Filter can be achieved in a computationally efficient way.