Cpu ve gpu üzerinde frekans seçici yüzey uygulamaları
The frequency selective surface applications on cpu and gpu
Yazar: İFAKAT MERVE BAYRAKTAR
Danışman: DOÇ. DR. NURSEL AKÇAM
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2015
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Frekans seçen yüzeyler = Frequency selective surfaces ; Momentler yöntemi = Moments method

Özet:
2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz ve 5,9 GHz frekans bantları IEEE 802.11 protokolünde belirtilen WLAN kanallarıdır. Cihazlar, genellikle 2,4 GHz frekansında kullanılmaktadırlar. Fakat çoğu durumda, kanal sayısının azlığı ve bu frekansta çalışan cihazların çok olması nedeniyle verimli kullanım sağlanamamaktadır. 5 GHz frekansının kullanılmasıyla bu durumun önüne geçilebilecektir. Kanal sayısının çokluğu ve bu frekansta çalışan cihazların az olması sayesinde daha verimli kullanım sağlanacaktır. Bu kapsamda, 5 GHz frekans bandında girişimin önlenmesi ve istemeyen dalgaların engellenmesi için bant durduran FSY tasarımı yapılmıştır. Bu tasarımla FSY'nin 5 GHz frekans bandındaki kalkanlama etkinlikleri incelenmiştir. Bir elektromanyetik dalga iletken bir yüzeye geldiği zaman iletken üzerinde akım indüklenir. İndüklenen bu akımlardan dolayı saçılmalar olur. FSY tasarımında ilk olarak dalga denklemlerinin ifadesi elde edilmiştir. Ardından saçılan dalgaların denklemleri vektör potansiyellere göre yazılmıştır. İletken yama üzerinde indüklenen akım ile bu akımın FSY içinde bulunduğu ortamdaki herhangi bir noktada meydana getirdiği manyetik vektör potansiyeli arasındaki bağlantı Green fonksiyonları ile ifade edilmiştir. Momentler metodu uygulanarak doğrusal denklem sistemleri elde edilmiştir. Elde edilen doğrusal denklem sistemleri farklı matris boyutları için CPU ve GPU üzerinde ayrı ayrı hesaplanmıştır. Denklem sistemlerinin çözümünden saçılım ve iletim katsayıları bulunmuştur. Bu katsayılar kullanılarak akım yoğunlukları elde edilmiştir. Akım yoğunluklarından elektrik alanlarının ifadesi elde edilerek FSY'nin kalkanlama etkinlikleri incelenmiştir. Filtre cevabı ve kalkanlama etkinliği kararlı olduklarından dolayı, 5 GHz frekans bandında girişimin önlenmesi ve istemeyen dalgaların engellenmesi için FSY tasarımda kare tipi yama elemanlar tercih edilmiş olup; kare tipi yama elemanların kararlı sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, Ax=b doğrusal denklem sistemlerinin çözümünde, CPU ve GPU ayrı ayrı test edilmiştir. 220 x 220 boyutundaki bir "A" matrisi ve 220 x 1 boyutundaki bir "b" vektörünün çözümü GPU üzerinde yaklaşık 0.19 ms'de, CPU üzerinde yaklaşık 6.22 ms'de gerçekleştirilmiştir. GPU'nun sistemin hızını artırdığı (yaklaşık 33 kat) ve CPU 'ya göre daha etkin çözümler sağladığı gözlemlenmiştir.

Abstract:
2,4 GHz, 3,6 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz and 5,9 GHz frequency bands are WLAN channels specified in the IEEE 802.11 protocol. The devices are often used at the 2,4 GHz frequency. But the efficient use cannot be achieved in most cases due to limited number of channels and many of these devices working at this frequency. This situation can be prevented by using the 5 GHz frequency. The efficient use can be achieved owing to enough number of channels and few devices working at this frequency. FSS band stop filter has been designed to prevent initiatives and stop inappropriate waves at the 5 GHz frequency bands in this context. Shielding effectiveness of FSS has been analyzed at the 5 GHz frequency bands with this design. When the electromagnetic waves are coming to a conductive surface, currents are induced on the conductor. Scattering are happened because of these induced currents. First off all, the expression of the wave equations are written. Then, the scattered wave equations are written according to the vector potentials. The relations between the induced currents on the conductive patch and the magnetic vector potential which is created by currents that caused at any point in the FSS are expressed by Green's functions. System of linear equations is calculated by applying Method of Moments. These linear equations are solved separately on the CPU and GPU for different sizes of matrix. Scattering and transmission coefficients are calculated from the solution of the linear equations. The current density is calculated by using these coefficients. The electric fields are calculated by current density and the shielding effectiveness of FSS is analyzed. The square type of the patch elements are preferred to the design of FSS for blocking interference and preventing unsuitable waves at 5 frequency band owing to stability of filter response and shielding effectiveness. It is observed that square type of the patch elements give stable results. In addition, CPU and GPU are tested with the solution of systems of linear equations Ax=b separately. GPU time is 0.19 ms and CPU time is 6.22 ms approximately for solution of the A matrix size of 220x220 and b vector size of 220x220. GPU increases the speed of system (approximately 33 times) and provides more effective solutions according to CPU as results.