Yapay sinir ağları ile Smith abağı modeli
Smith chart modeling by artificial neural networks
Yazar: MEHMET FATİH ÇAĞLAR
Danışman: PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2007
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control ; Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Mikrodalga mühendisliğinde, pek çok farklı devrenin teşekkülünde kullanılan iletim hattı- örneğin bir kuvvetlendiricide giriş, ara veya çıkış uydurma devreleri, çeyrek dalgatransformatörü gibi - ?birim eleman? olarak adlandırılabilir. Birim elemanın en büyüközelliği sonlandırma empedansına, elektriksel uzunluğuna, çalışma frekans bandına vefiziksel özelliklerine bağlı empedans transformasyonu gerçeklemesidir.Bu çalışmada, ÇKA ve RTF yapay sinir ağlarının evrensel yaklaştırma ve bire-birharitalama özelliklerini kullanılarak, uzunluğu ?, karakteristik empedansı Z0 ve dağılmışparametreli devre tasarımının birim elemanı olan iletim hattının verilen çalışma bandıiçerisinde analiz ve sentezini gerçekleme öncelikle amaçlanmıştır. Bu amaca yönelikolarak, dağılmış parametreli mikrodalga devrelerinin analiz ve sentezinde kullanılmaküzere birim elemanın YSA eşdeğer kara-kutu modelleri iki yönlü olarak tasarlanmıştır:(i) Problemin ileri yöndeki tanımı için YSA analiz kara ? kutu modeli (ii) Problemin tersyöndeki tanımı için YSA sentez kara ? kutu modeli.Mikrodalga devrelerin analiz ve tasarımında manüel çözümler genellikle sıkıcı ve hatameyillidir. Smith abağı bu problemin giderilmesinde çok yararlı bir grafiksel araçtır.Duran dalga oluşumu, tek ve çift-yan hat uydurma ve empedans transformasyonu Smithabağından elde edilebilir. Smith abağı değerli ve pek çok faydalı veriyi içermesinerağmen, abak üzerindeki yanlış gözlemler hatalı ve tatmin etmeyen sonuçlaraulaştırabilir. Bu çalışmadaki temel amaç, Smith abağının bir YSA modelininçıkarılmasıdır. Bu modelle dağılmış parametreli devre analizi ve sentezi iki modülünoluşturduğu YSA ile elde edilmektedir. Bu modelde, kartezyen Z-düzlemi ve polar ?-düzlemi arasındaki bilineer dönüşüm eğitme verisinin elde edilmesini sağlamıştır. Eğitmeiçin dört katmanlı ileri beslemeli ÇKA kullanılmıştır. Ağın giriş parametrelerini, kayıpsıziletim hattının fiziksel uzunluğu, karakteristik empedansı ve çalışma frekansıoluşturmaktadır. Çıkış parametreleri ise, çıkış yansıma katsayısı, çıkış empedansı, tekyanve çift-yan hat uydurma özellikleri, gerilim duran dalga bilgisidir.Ayrıca YSA Smith abağı modeli kullanılarak çıkış parametrelerinin giriş parametrelerinegöre duyarlık analizi nümerik yolla yapılmıştır.Sonuçta, geliştirilen tüm YSA modellerin hedef değerlere yeterli ve yüksek doğrululuklayakınlaştığı tespit edilmiştir.Anahtar kelimeler: Dağılmış parametreli devre analizi ve sentezi, Smith abağı, Tek veçift-yan hat empedans uydurma, Yapay sinir ağları, Duyarlık analizi, Kara-kutu modeli,Birim eleman, YSA Smith abağı modeli.

Abstract:
In microwave engineering design, many different circuit designing phase needstransmission line frequently, for example in input and output matching circuit of anamplifier, quarter-wave transfomer etc.In this work, MLP and RBF neural networks are used for the one-to-one mapping anduniversal approximators between the port impedances for analysis and synthesis of thetransmission line segment, which is called as the ?unit element?. Impedancetransformation from the input port to the output port in terms of the unit elementparameters ? , Z0 is defined as the analysis problem which is assumed to be the problem inthe forward direction. Synthesis of the impedance throughout all the operation bandwidthB with the circuit parameters ?, Z0 is defined as the problem in the reverse direction. Withthis pupose, the forward and reverse problems can be defined by means of the two blackboxes:(i) the forward problem: Black-box in analysis ; (ii) the reverse problem: Blackboxin synthesis.The manual analysis and design of microwave circuits are generally tedious and errorprone. The Smith chart provides a very useful graphical tool to these problems. A greatdeal of knowledge can be acquired from a Smith chart e.g. standing wave ratio, singleand double stub tunings and much more. Although Smith charts are valuable and containsignificant amount of information, inaccurate observations can lead to erroneous resultsand frustration. In this work, it is aimed to achieve an ANN model of the Smith chart. Inthis model, the two bilinear transformations between the rectangular empedance-planeand polar reflection coefficient-plane are employed for the training data. In the currentwork, the feed-forward MLP type of neural network is utilized with four layers. Thesource impedance, physical length and the operation frequency are inputted to thisnetwork, while the output reflection coefficient, the output impedance, single-stub anddouble-stub matching parameters, standing wave positions are taken as the outputs.In the last stage, instead of dealing with differenting to the complex equations, modulerANN model of the Smith Chart is used together with the numerical sensitivity analysis.It should be noted that all novel improved ANN models used in this work are verified toconverge target values in higher and enough accuracy.Keywords: Distributed-parameter circuit analysis and synthesis, Smith chart, Single anddouble-stub impedance matching, Artificial neural networks, Sensitivity analysis, Blackboxmodel, Neural unit element, Neural smith chart.