LEE- Telekomünikasyon Mühendisliği-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19469

Gözat

Yazar "Çayören, Mehmet" ile LEE- Telekomünikasyon Mühendisliği-Yüksek Lisans'a göz atma
  • Öge
    Altı port tekniği ile vektör reflektometre tasarımı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-20) Dinçtürk, Mehmet ; Çayören, Mehmet ; 504201328 ; Telekomünikasyon Mühendisliği
    Radyo frekans (RF) sistemler savunma sanayi, iletişim şirketleri, güvenlik şirketleri gibi birçok sektörde etkin olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerin yaygınlığı ve önemi yıllar içinde artarak devam etmiştir. Çok önemli olan bu sistemleri test etmek için kullanılan cihazların maliyetleri de ciddi rakamlara ulaşabilmektedir. RF ölçüm metodolojisi birkaç alt kategoriye ayrılabilir. En çok kullanılan ölçüm yöntemi vektör analizi yöntemidir. Bu ölçüm yöntemini yapan cihazlara da vektör devre analizörü (VNA) denmektedir. VNA ile devrelerin s parametreleri ölçülmektedir. Bu cihazlar oldukça kompleks bir mimariye sahiptir. VNA yerine tüm saçılma (s) parametrelerini ölçemese de yansıma katsayısı gibi en önemli parametreyi (s11 parametresi) ölçen reflektometre mimarisi kullanılabilir. Reflektometrenin çalışma prensibi kısaca şu şekilde anlatılabilir. Giriş portundan alınan RF gücün küçük bir kısmı güç bölücüler ve yönlü kuplörler kullanılarak sisteme bağlanan güç dedektörlerine iletilir ve dedektörler yardımı ile sisteme giren güç ölçülür. Sinyalin büyük kısmı ise test altındaki cihaza (DUT) (bu cihazın bağlandığı porta DUT portu da denir) iletilir. DUT'tan yansıyan güç tekrar güç bölücüler ve yönlü kuplörler aracalığıyla güç dedektörlerine iletilerek DUT'tan sisteme geri dönen güç ölçülür. Bu geri dönen gücün sisteme giren güce oranı yapılarak yansıma katsayısı hesaplanır. Literatürde bu ölçüm prensibini sağlayan birçok farklı reflektometre mimarisi bulunmaktadır. Bu mimariler birbirinden farklı yönlerden ayrılmaktadır. Bazı refloktemetre mimarilerinde ölçüm hata payı oldukça düşük olurken gerçeklemesi zor olur, bazı mimarilerde ise gerçeklemesi kolay olurken ölçüm hata payları yüksek olur. Bu mimarilerin gerçeklenmesinde genellikle baskılı devre kartı teknolojisi tercih edilir ancak dalga kılavuzları veya MMIC tasarım şeklinde yapılan reflektometre tasarımları da literatürde mevcuttur. Reflektometre tasarımındaki bir diğer önemli konu çıkış port sayısıdır. Yansıma katsayısının genliğini bulmak için giriş ve DUT portları dışında iki adet çıkış portu yeterliyken, faz bilgisi de öğrenilmek isteniyorsa en az üç çıkış portu olmalıdır. Literatürde farklı port sayılarında reflektometre tasarımları vardır. Çıkış portu sayısı arttıkça ölçüm keskinliğinin artması sağlanmıştır. Ancak port sayısı ne kadar artarsa sistem karmaşıklığı da o kadar artacak ve gerçeklenmesi de zor olacaktır. Sistemdeki portlarla ilgili bir diğer önemli parametre de portlarda uyumlaştırma konusudur. Portlarda uyumlaştırma yapılmazsa dedektörlere gelen güçte yansımalar olacağı için ölçüm hata payı artacaktır. Bu parametre de tasarımı zorlaştıran bir diğer değişkendir. Reflektometre tasarımında mimari kadar önemli bir diğer konu ise tasarlanan sistemin kalibrasyonudur. Literatürde farklı kalibrasyon yöntemleri bulunmaktadır ve kullanılan kalibrasyon metoduna göre oldukça farklı sonuçlar elde edilebilmektedir. Bu kalibrasyon yöntemleri lineer kalibrasyon ve lineer olmayan kalibrasyon yöntemleri şeklinde iki alt başlığa ayrılabilir. Altı portlu bir reflektometre mimarisi düşünülürse lineer olmayan kalibrasyon metoduyla kalibrasyon yapmak için gerekli standart sayısı üçe kadar indirilebilirken matematiksel model oldukça karmaşık hale gelmektedir. Lineer kalibrasyon yöntemiyle kalibrasyon yapmak istenilirse en az beş adet standart kullanılmalıdır. Bu tezde altı portlu mimari kullanılarak reflektometre tasarımı yapılmıştır. Altı portlu bu sistem tasarlanırken son yıllarda ortaya çıkan güç dedektörleri eşleştirmeden aksine güç dedektörlerinin yansımalarını kullanarak mimari tasarlanmıştır. Bu mimari klasik mimarilerin aksine girişten alınan RF gücün büyük kısmını DUT'a iletmek yerine tüm gücü, güç bölücüleri ve kuplörlerin yardımı ile RF güç dedektörlerine iletir. Güç dedektörlerinde uyumlaştırma yapılmaz ve bu sayede gelen sinyalin büyük kısmı yansır ve yansıyan bu sinyal ölçüm portuna gider. Ölçüm portundan yansıyan sinyal ise tekrar güç dedektörlerine gelir ve yansıyan sinyal ölçülür. Bu şekilde tasarımın yapılabilmesine izin veren ana etken gelişmiş güç dedektörlerinin dinamik aralığının yüksek olmasıdır. Yüksek dinamik aralığı sayesinde -50 dB değerlerine kadar doğru güç okumaları yapılabilmektedir. Güç okumaları yapıldıktan sonra kalibrasyon kısmına geçilmiştir. Kalibrasyon kısmında iki adet yöntem denenmiştir. Bunlardan biri simülasyon olarak gösterilmiş, diğerinin ise gerçeklenmesi yapılmıştır. İlk metoda göre dört portun uygun üç tanesi seçilmiş ve bu portların giriş portuna göre saçılma parametreleri ölçülmüştür. Portların bir tanesi referans alınarak ölçülen bu saçılma parametreleri ile kullanılan kalibrasyon standartlarına göre çemberler oluşturulmuştur. Portlardaki güç ölçümleri ile de çemberlerin yarıçapları bulunmuştur. Yarıçapları hesaplarken de çemberler oluşturulurken referans olarak kullanılan port gene referans olarak kullanılmıştır. Daha sonra bu çemberlerin uygun kesişimleri alınmış ve bağlanan yükün yansıma katsayısını ölçmek için kullanılacak kalibrasyon sistemi ortaya çıkarılmıştır. Farklı yükler için yansıma katsayısı ölçümleri yapılmış ve ilk kalibrasyon kısmının sonunda tablo olarak verilmiştir. İkinci kalibrasyon metodunda dört portun tamamı kullanılarak kalibrasyon yapılmaya çalışılmıştır. Beş standartlı kalibrasyon metoduna göre kalibrasyon sadece güç okumalarına dayanmaktadır. Öncelikle kalibrasyon için gerekli matrisin parametreleri bulunmuştur. Daha sonra bu matrisin parametreleri ve güç ölçümleri kullanılarak yansıma katsayısı hesaplanmaya çalışılmıştır. Sonuçlar tablo olarak ilgili bölümün sonunda verilmiştir. Bu çalışmadan anlaşılacağı üzere yansıma katsayısını ölçmek için yüksek maliyetli olan VNA'lar yerine reflektometre sistemleri çeşitli uygulamalar için rahatlıkla kullanılabilir. VNA'lara göre avantajları hafif ve daha rahat taşınır olması olarak söylenebilir. Dezavantajları ise VNA'lar kadar geniş bant ölçüm yapmakta kullanılamazlar. Sistemin sadece yansıma katsayısı ölçümünü yapabilirler. Ayrıca kullanılan mimari ile reflektometre sistemlerinde güç dedektörü eşitlemesi yapılmadan da yansıma katsayısının oldukça düşük bir hata payıyla hesaplanabildiği gösterilmiştir. Ancak bunun için doğru kalibrasyon yöntemini seçmek ve doğru güç dedektörlerini seçmek hayati önem taşımaktadır.
  • Öge
    Machine learning based design of gap waveguides
    (Graduate School, 2022-06-02) Alkaşı, Uğur ; Çayören, Mehmet ; 504181336 ; Telecommunication Engineering
    The development of wireless network technologies and the increasing demand for these technologies encourage engineers to design at higher frequencies. As industry 4.0, autonomous vehicles, space applications such as 5G and starlink require instantaneous high data transfer, there is a popularity towards gigabit and terabit transmission systems. The increasing demand for data transfer has caused the frequency spectrum currently used to be insufficient and a design and research trend towards higher frequencies has emerged. There are different design difficulties at high frequencies. Hardware costs of high frequency systems seem to be a big problem for companies. Low cost and low loss structures should be used for RF components in data transmission. Waveguide and microstrip lines cannot meet the requirements of these systems at high frequencies. According to the researchers, gap waveguide structures will meet these requirements. Gap waveguide-style artificial magnetic conductor structures are difficult to analyze and design, and maxwell solutions in EM Simulators take a lot of time. In general, maxwell solutions take a lot of time, regardless of EM structure. Therefore, researchers benefit from different fields of study such as machine learning for a quick solution. This study has been prepared for this purpose and presents a machine learning-based study for gap waveguide structures. In the first stage of the thesis, existing studies about gap waveguide structures are examined and the history of gap waveguide and its status in the literature are explained. Then, the effects of changes in pin radius, pin height, period and gap height parameters on Mod-1 and Mod-2 frequencies in the dispersion diagram of the unit cell that make up the gap waveguide were analyzed. In order to use the data set in Python Orange program, parametric sweep was made in the CST Studio Suite program. The resulting data has been adapted to the machine learning program. Machine learning algorithms were researched and trial studies were conducted on the Python Orange program. In the second stage of the thesis, firstly, in the Python Orange program, the information of the unit cell's pin radius, pin height, period and gap height parameters are set as the input of the system with this data set machine learning algorithms, Mode-1 and Mode-2 frequencies are taken as the output of the system. In other words, a regression study was conducted between the size parameters of the system and the information of the output parameters. Thus, the stop band frequencies of a unit cell that provides these dimensions of the algorithms in which random size information is entered have been found. In this study, predictions were made with Random Forest, Tree, Gradient Boosting, AdaBoost, kNN, Neural Network and SVM algorithms and regression studies. It was seen that Gradient Boost algorithm for Mode-1 frequency and AdaBoost algorithm for Mode-2 frequency gave the best results. Then, Mod-1 and Mod-2 frequency information was determined as the input of the system, and the pin radius, pin height, period and gap height parameters that make up the unit cell were configured as the output of the system. Thus, a regression study was carried out between the stopband frequency information (Mode-1 and Mode-2 frequencies), which is the input of the system, and the dimension parameters, which are the output. In this way, the size parameters of the unit cell that can best provide the Mode-1 and Mode-2 frequencies randomly entered into the system have been found. In this study, regression studies were performed with Random Forest, Tree, Gradient Boosting, AdaBoost, kNN, Neural Network, SVM, Stochastic Gradient Descent and Linear Regression algorithms. At the end of this study, Gradient Boost gave the best results for pin height and gap height, and Random Forest algorithm gave the best results for pin radius and pin period. In both studies, \%75 of the data set produced by parametric sweep was used to train the algorithms and the remaining \%25 was used to test the algorithms. Then, the algorithm optimization process was carried out by changing the learning rate, method and tree values of the algorithms. First, the kNN algorithm was started by changing the metric system, and then the optimization was made by changing the neighborhood numbers. The effects of these changes were observed by changing the number of trees, learning rate values and method in the Gradient Boosting algorithm. Optimization was made by changing the learning rate and tree values in the Adaboost algorithm, and the number of nodes and layers in the neural network algorithm. Regarding the validation of these studies, firstly, it started with working with dimension parameters as input and Mode-1 and Mode-2 frequencies as output. Then, gap height, pin radius, height and period parameters were obtained as the output of Mod-1 and Mod-2 frequencies as random inputs to the machine learning system. The results obtained in both studies were analyzed in CST Studio Suite and it was observed that the results obtained were similar to the results obtained from machine learning algorithms. In the last stage of Thesis, analysis was made with the full model in the CST Studio Suite program. The data obtained as a result of the analysis supports the study.