Zeki optimizasyon teknikleri ile mikrodalga düzlemsel iletim hatlarının modellenmesi
Modeling of microwave plane transmission lines with intelligent optimization techniques
Yazar: HAKAN KİŞİOĞLU
Danışman: PROF. DR. CELAL YILDIZ
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikrodalga iletim hatları, mikrodalga entegre devrelerinin temelini oluştururlar. Mikrodalga iletim hatları esas olarak yüksek frekanslı işaretlerin bozulmadan iletilmesinde kullanılmakla beraber, birçok mikrodalga devre elemanlarının gerçekleştirilmesinde de kullanılmaktadırlar. Mikrodalga iletim hatlarının analizinde genellikle tam-dalga yaklaşımlar ve quasi-statik yaklaşımlar kullanılır. Tam-dalga yaklaşımda hem TEM modu için hem de hibrit modlar için iletim hattının karakteristik parametreleri frekansa bağlı olarak belirlenirler. Quasi-statik yaklaşımda ise sadece TEM modu için iletim hattının karakteristik parametreleri frekanstan bağımsız olarak belirlenir. Literatürde mikrodalga iletim hatlarının karakteristik empedans ve efektif dielektrik sabiti gibi propagasyon karakteristiklerini belirlemek amacı ile hem tam dalga hem de quasi-statik yaklaşımla çok sayıda çalışma yapılmıştır. Literatürde bu tür hatların arzu edilen karakteristik empedansa sahip olması için yapının geometrik boyutlarını belirleyen tasarımlara yönelik sentez modelleri ise sınırlı sayıdadır.  Mikrodalga iletim hatlarının analizinde ve tasarımında kullanılan yöntemlerin problemlerin yapısına ve duyulan ihtiyaca göre bazı avantaj ve dezavantajları mevcuttur. Bu nedenle mikrodalga iletim hatlarının analizi ve sentezi için hata oranı düşük ve matematiksel olarak çok daha basit yeni modellere ihtiyaç duyulmaktadır.
Bu tez çalışmasında mikrodalga iletim hatlarının analizine ve tasarımına yönelik yeni modeller gerçekleştirilmiştir. Analize ve tasarıma yönelik olarak gerçekleştirilen modellerin geliştirilmesinde zeki optimizasyon tekniklerinden genetik programlama ve yapay arı kolonisi algoritması kullanılmıştır. Mikrodalga iletim hatlarından; dielektrik taban destekli eş düzlemli dalga kılavuzları, asılı mikroşerit hatlar, ters mikroşerit hatlar, klasik mikroşerit hatlar, sonlu genişlikte toprak düzlemine sahip eş düzlemli dalga kılavuzlarının analiz ve sentez modelleri genetik programlama kullanılarak belirlenirken, iletken destekli mikro eş düzlemli şerit hatlar ve sonsuz toprak düzlemine sahip asimetrik eş düzlemli şerit hatların sentez modelleri genetik programlama ve yapay arı kolonisi algoritması kullanılarak elde edilmiştir. Ele alınan mikrodalga düzlemsel iletim hatlarının quasi-statik analizine ve sentezine yönelik olarak geliştirilen zeki optimizasyon tabanlı modellerin sonuçları literatürde mevcut olan teorik, deneysel ve IE3D elektromanyetik simülatör sonuçları ile karşılaştırılmış ve aralarında çok iyi bir uyumun olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
Microwave transmission lines are essential components of microwave integrated circuits. They are used mainly in the transmission of high frequency signals without distortion, but also in the realization of many microwave circuit elements. In the analysis of microwave transmission lines, generally full-wave approaches and quasi-static approaches are employed. The full-wave method represents the characteristic parameters of the transmission line for both TEM mode and hybrid modes depending on the frequency. In the quasi-static approach, the characteristic parameters of the transmission line for TEM mode are determined independently from frequency. Numerous studies have been conducted in the literature to determine the propagation characteristics such as characteristic impedance and effective dielectric constant of microwave transmission lines with both full wave and quasi-static approach. In the literature, the lines to be desired characteristic impedance, determining of the geometric structure has limited synthesis models. The methods used in the analysis and design of microwave transmission lines have some advantages and disadvantages, depending on the nature of the problems and the needs. For this reason, there is a need for new models with low error rates and mathematically much simpler for the analysis and synthesis of microwave transmission lines.
In this thesis, new models for the analysis and design of microwave transmission lines have been realized. Models for analysis and design have been developed using intelligent optimization techniques such as genetic programming and artificial bee colony algorithm. Microwave transmission lines; analysis and synthesis models of dielectric based supported coplanar waveguides, suspended microstrip lines, inverted microstrip lines, classical microstrip lines, coplanar waveguide with a finite width ground plane were determined using genetic programming. Synthesis models of conductor-supported micro coplanar strip lines and asymmetric coplanar strip lines with infinitely wide strip were obtained by using genetic programming and artificial bee colony algorithm. The results of intelligent optimization-based models developed for quasi-static analysis and synthesis of microwave planar transmission lines discussed in this thesis study were compared with the theoretical, experimental and IE3D electromagnetic simulator results available in the literature. It is observed that the results obtained from this thesis are in very good agreement with the results in the literature.