Ölçeklenebilir düzlemsel iletken yapıların karakteristik açılım fonksiyonu yöntemi ile geniş bantta analizi
Wideband analysis of planar scalable conducting bodies using characteristic basis function method
Yazar: SEMA NUR KOÇ
Danışman: PROF. DR. ADNAN KÖKSAL
Başkent Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2014
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında düzlemsel iletken cisimlerden geniş bir frekans bandında saçılma ve yayılma problemlerinin çözüm süresini kısaltacak bir yöntem geliştirilmiştir. Yöntemde bilinen karakteristik açılım fonksiyonları (KAF) farklı bir biçimde kullanılmıştır. Cisim için en yüksek frekanstaki karakteristik açılım fonksiyonları hesaplanmış ve diğer frekanslarda da kullanılmıştır. Aynı zamanda düşük frekanslarda elde edilen empedans matrisleri daha yüksek frekanslardaki empedans matrislerinin hesabında kullanılmıştır.

Geliştirilen yöntem iletken kare düzlemden saçılma problemi ile papyon antenden ve sabit eğimli yarık antenden yayılma problemlerine uygulanmıştır. Belirlenen frekans bandında, kare düzlemin bistatik radar kesit alanları (RKA), papyon anten ve yarık antenin ise yayılım örüntüleri hesaplanmıştır. Yöntemin ilk adımında en yüksek frekansta elektrik alan integral denklemi elde edilmiş ve ardından bu denkleme moment metodu (MM) uygulanarak empedans matrisi hesaplanmıştır. Daha sonra MM denklemindeki empedans matrisi kullanılarak karakteristik açılım fonksiyonları hesaplanmıştır. Son aşamada, bu karakteristik açılım fonksiyonları kullanılarak ilgilenilen frekans bandında çözüm elde edilmiştir.

Geliştirilen yöntemle CPU süresinden geleneksel moment metoduna kıyasla büyük ölçüde tasarruf edilmiştir. Benzetim sonuçları yöntemin saçılma ve yayılma problemleri için yüksek doğruluk oranlarıyla uygulanabileceğini göstermiştir.

Abstract:
In this thesis, a method is developed which reduces the solution time of the problem of scattering and radiation from planar conducting bodies in a wide frequency band. The method utilizes the characteristic basis functions (CBFs) in a different way. The CBFs for the body are calculated at the highest frequency of interest and reused at other frequencies. The reduced impedance matrices generated earlier at lower frequencies are also used for the calculation of the ones at higher frequencies.

The proposed method is applied to the problems of scattering from a square plate, radiation from a bowtie antenna, and a linearly tapered slot antenna. Bistatic radar cross sections (RCS) for the square plate and the radiation patterns for the bowtie and tapered slot antennas are calculated at the specified frequency band. In the first step, electric field integral equation at the highest frequency of interest is developed for the structure, and then impedance matrix is calculated by applying method of moments (MoM) to the equation. Then, characteristic basis functions are calculated using the MoM impedance matrix. Finally the solution of the problem in the frequency band of interest is obtained using these CBFs.

The method proposed in this thesis results in a significant reduction in the CPU time compared to the traditional Method of Moments. Numerical results demonstrate that the method can be applied to the scattering and radiation problems with high accuracy.