NURBS yüzeyleri etrafındaki antenlerin hibrit yöntemle saçılım analizi
Scattering analysis of antennas around NURBS surfaces by using hybrid methods
Yazar: TAYFUN OKAN
Danışman: DOÇ. DR. NURSEL AKÇAM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2018
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Nesnelerin etrafındaki antene ait ışıma örüntülerinin elde edilmesiyle ilgili çalışmalar her geçen gün daha da önem kazanmaktadır. Geçmişte farklı yöntemlerle yapılan analizlerde, antenin cisme bitişik olduğu veya çok yakın olduğu durumlar için başarısız sonuçlar elde edilmiştir. Dolayısıyla geçmiş çalışmalarda her zaman anten cisme belli bir uzaklıkta tutulmuştur. Bu sorunun giderilmesi için hem saçılım analizinin matematiksel hesaplanması kısmında, hem de ortamdaki nesnelerin geometrik modellenmesi safhalarında bazı iyileştirmelerin ve geliştirmelerin yapılmasına ihtiyaç vardır. Bu çalışmada gerçekleştirilen analizlerde, anten üçgen yüzey parçacıklarıyla, nesne ise NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) yüzeyleri ile modellenmiştir. NURBS yüzeyleri yardımıyla cisimler daha kısa sürede, daha az hafıza ihtiyacı ile modellenir. Bunun yanında, anten ışıma örüntüsünün elde edilmesi için, NURBS modellemeli gelişmiş Ludwig algoritması temelli hibrit Moment Metodu-Fiziksel Optik (MM-FO) ve NURBS modellemeli Durağan Faz Metodu (DFM) temelli hibrit MM-FO olmak üzere iki farklı yöntem sunulmuştur. Her iki yöntemde de anten, MM-bölgesi olarak atanmış ve ilgili hesaplamalar MM denklemleri yardımıyla çözülmüştür. Cisim ise PO-bölgesi olarak belirlenmiş ve hesaplamalar PO denklemleri ile gerçekleştirilmiştir. Bahsedilen hibrit yöntemlerden ilkinde, Ludwig algoritmasının hem yakın hem uzak alanlarda doğru sonuç vermesinden faydalanılarak, cismin tamamı PO-bölgesi olarak ele alınmıştır. DFM temelli ikinci hibrit yöntemde ise, antenin cisme yakınlığına bağlı olarak, cismin antene 1.5λ kadar yakın olan kısımları MM-bölgesi olarak, geri kalan kısmı ise PO-bölgesi olarak atanarak doğru sonuçlar elde edilmesi sağlanmıştır. Sonuç olarak bu tez çalışmasında sunulan yöntemler ve modelleme teknikleri ile nesne yüzeylerine yakın veya uzak antenlerin saçılım analizleri hem kesin sonuçlar vermiştir hem de hesaplama süresi ve hafıza gereksinimi açısından verimlilik sunmuştur.

Abstract:
Studies about obtaining the radiation patterns of the antenna around arbitrarily shaped structures are getting important every day. Many analyses were made in the past by using different methods. Unsuccessful results were obtained when the antenna was attached or very close to the structure. That is why in most of them the antenna was always kept at a certain distance to the object. To solve this problem, some improvements are required both in the mathematical calculation of the scatter analysis and in the geometrical modelling of the objects in the medium. For the analyses carried out in this study, the antenna is modelled with triangular facets and the object is modelled with Non-Uniform Rational B-Spline (NURBS) surfaces. With the help of NURBS surfaces, objects are modelled in shorter time, with less memory. Besides that, two different methods have been proposed in this thesis to obtain antenna radiation pattern: NURBS modelled modified Ludwig algorithm based hybrid Method of Moments-Physical Optics (MoM-PO) and NURBS modelled Stationary Phased Method (SPM) based hybrid MoM-PO. In both, the antenna is taken as the MoM-region and the structure is taken as the PO-region. While the calculations related with antenna are actualized by using MoM equations, the ones related with structure are obtained by using PO equations. In the first of these hybrid methods, since Ludwig algorithm performs well in both near and far fields, the entire object is taken as the PO-region. In the second hybrid method depending on the distance between the antenna and the structure, accurate results are obtained by assigning the parts of the structure that are 1.5λ closer to the antenna as MoM-region and taking the rest as PO-region. As a result, scattering analysis of antennas located near or far to structures is made accurately and efficiently by using the presented hybrid methods and modelling techniques. At the same time, substantial reduction of computation time and memory requirement is also achieved.