Düzlemsel iletim hatlarının işlemsel zeka yöntemleri ile sentezi
Synthesis of planar transmission lines by using computational intelligence methods
Yazar: SABRİ KAYA
Danışman: PROF. DR. KERİM GÜNEY
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Algoritmalar = Algorithms ; Benzetim = Simulation ; Deneyler = Experiments ; Düzlemsel iletim hattı = Planar transmission line ; Elektromanyetik = Electromagnetic

Özet:
Mikrodalga iletim hatlarının analizinde genellikle quasi-statik yaklaşımlar ve tam-dalga yaklaşımlar kullanılır. Quasi-statik yaklaşımda sadece TEM modu için iletim hattının karakteristik parametreleri belirlenirken, tam-dalga yaklaşımda yalnızca TEM modu için değil aynı zamanda hibrit modlar için de iletim hattının karakteristik parametreleri frekansa bağlı olarak belirlenir. Literatürde mikrodalga iletim hatlarının karakteristik parametrelerini farklı analiz yöntemleri kullanarak belirleyen çok sayıda çalışma yapılmış olmasına rağmen, arzu edilen karakteristik empedansa sahip olması istenen mikrodalga iletim hattının geometrik boyutlarının belirlenmesi amacıyla yapılan sentez çalışmaları sınırlı sayıdadır.Bu tez çalışmasında, mikrodalga iletim hatlarından asimetrik eşdüzlemli dalga kılavuzu, dielektrik taban destekli eşdüzlemli dalga kılavuzu, mikro eşdüzlemli şerit hat ve sonsuz uzun toprak düzlemine sahip eşdüzlemli şerit hat ele alınmıştır.Bu tez çalışmasında, dört farklı düzlemsel iletim hattının geometrik boyutlarının hesaplanması için kapalı formda sentez modelleri sunulmuştur. Sentez modellerinin bilinmeyen katsayı değerleri esnek hesaplama algoritmaları kullanılarak optimum bir şekilde bulunmuştur. Katsayı değerlerinin elde edilmesinde kullanılan esnek hesaplama algoritmaları; diferansiyel gelişim, genetik, benzetilmiş tavlama ve parçacık sürü optimizasyon algoritmalarıdır.Bu tez çalışmasında ayrıca, dört farklı düzlemsel iletim hattının geometrik boyutlarının hesaplanması için bulanık sinir ağlarına dayalı sentez modelleri sunulmuştur. Bulanık sinir ağları bulanık küme teorisine, bulanık kurallara ve bulanık muhakemeye dayanan popüler bir hesaplama yöntemidir. Bulanık sinir ağları giriş ve çıkış değişkenleri arasında lineer olmayan ilişkiye sahip problemlerin çözümüne yatkın lineer olmayan bir sistemdir. Bulanık sinir ağlarına dayalı sentez modellerinin parametrelerinin elde edilmesinde hibrid öğrenme, en küçük kareler, genetik ve benzetilmiş tavlama algoritmaları kullanılmıştır.Tez çalışması kapsamında oluşturulan sentez modellerinin doğruluğunu ve geçerliliğini göstermek için düzlemsel iletim hatlarının analizi IE3D elektromanyetik simülatörü kullanılarak gerçekleştirilmiş, düzlemsel iletim hatları tasarlanmış ve imal edilmiştir. İletim hatlarının S-parametreleri vektör network analizör kullanılarak ölçülmüş ve S-parametreleri kullanılarak iletim hatlarının karakteristik empedans değerleri hesaplanmıştır. Sentez modellerinden elde edilen sonuçlar IE3D elektromanyetik simülatörü sonuçlarıyla ve deneysel çalışma sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır.Tez çalışmasında yapılan teorik, simülasyon ve deneysel çalışmaların sonuçları literatürdeki mevcut sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Tez çalışmasından elde edilen sonuçların literatürdeki sonuçlarla çok iyi bir uyum içerisinde olduğu görülmüştür.

Abstract:
Quasi-static and full-wave approaches are usually used for analyzing of microwave transmission lines. The quasi-static approach only produces transmission line parameters for the TEM mode. On the other hand, the full-wave approach can produce the transmission parameters not only for the TEM mode but also for the hybrid modes, whose parameters are functions of frequency. There are a lot of studies in the literature to obtain the characteristic parameters of microwave transmission lines by using the different analysis methods. Whereas, there is a little synthesis studies to determine the physical dimensions of microwave transmission lines having required characteristic impedance.The microwave transmission lines studied in this thesis are asymmetric coplanar waveguide, supported coplanar waveguide, microcoplanar stripline, and asymmetric coplanar stripline with an infinitely wide strip.In this thesis, closed- form synthesis models to compute the physical dimensions of four different planar transmission lines are presented. The values of the unknown coefficients in the synthesis models are optimally obtained by using the soft computing algorithms. The soft computing algorithms used in the synthesis are differential evolution, genetic, simulated annealing, and particle swarm optimization algorithms.In this thesis, synthesis models based on adaptive-network-based fuzzy inference system (ANFIS) are also presented to accurately calculate the geometrical dimensions of four different planar transmission lines. ANFIS is a popular computing framework based on the concepts of fuzzy set theory, fuzzy if-then rules, and fuzzy reasoning. It is a nonlinear system capable of inferring complex nonlinear relationships between input and output variables. Hybrid learning, least-squares, genetic, and simulated annealing algorithms are used to determine the parameters of the ANFIS models.In order to show the accuracy and validity of the synthesis models obtained in this thesis, planar transmission lines are analyzed by using the electromagnetic simulator IE3D, and planar transmission lines are designed and constructed. S-parameters of transmission lines are measured by using the vector network analyzer. The characteristic impedances of transmission lines are computed by using the S-parameters. The results of synthesis models are compared with the electromagnetic simulator IE3D and experimental results.The theoretical, simulation, and experimental results obtained in this thesis are compared with the results available in the literature. It is shown that the results obtained in this thesis are in very good agreement with the results available in the literature.