RF frekanslarında eleman modelleme için yapay sinir ağ tabanlı bir optimizasyon yöntemi

Abstract

Radyo frekanslarda(RF) kullanılan elemanların cevaplan Elektro Manyetik(EM) simulator kullanılarak, deneysel eşdeğer devresi kurularak veya ampirik denklemler çözülerek elde edilebilmektedir. Bu yöntemlerin avantajlarının yânında bazı dezavantajları bulunmaktadır. EM simulator kullanmak uzun zaman aldığından, ampirik denklemler yeterince güvenilir olmadığından ve deney düzenekleri kurmak her zaman uygun olmadığından dolayı bu yöntemlerin dezavantajlarım ortadan kaldırmak amacıyla yapay sinir ağlarından yararlanılarak yeni bir yöntem geliştirilmiştir. Bu tez çalışmasında geliştirilen yöntemde alışılagelmiş modellerin avantaj ve dezavantajları göz önüne alınmıştır. Geleneksel modellerin avantajlarım kullanarak, dezavantajlarını ortadan kaldırmak için yapay sinir ağ tabanlı tanım-değer bölgesi dönüştürme yöntemi (TDBD) geliştirilmiştir. TDBD, doğruluğu fazla ama yavaş -iyi model- model ile güvenilirliği az ama hızlı -kötü model- model arasında matematiksel bir bağlantı kurmayı öngörmektedir. Kötü modelin hızından yararlanırken iyi modelin doğruluğuna ulaşılmaya çalışılmıştır. Bu yöntem iki ana temel üzerine kurulmuştur. Bunlardan ilki tasarım kısıtlarını sağlayacak şekilde optimum kötü model parametrelerini bulma işlemi, diğeri ise kötü model parametreleri ile iyi model parametreleri arasında bağlantı kurma işlemidir. Bu iki model arasındaki bağlantıyı yapay sinir ağı (YSA) yapmaktadır. Bu yöntem mikro şerit antenlerin modellenmesinde kullanılmıştır. Modelleme sırasında mikro şerit antenin w/b, R/t ve t/w verileri yapay sinir ağma giriş, Cp ve Ls verileri ise çıkış olarak uygulanmıştır. Bu sayede mikro şerit antenin fiziksel xı parametrelerinin elektriksel parametrelerine etkisi geliştirilen yöntem ile öngörülmeye çalışılmıştır. Burada w iletkenin genişliğini, R mikro şerit antenin deneysel eşdeğer devresindeki direncini, t iletkenin yüksekliğini, Cp mikro şerit antenin deneysel eşdeğer devresindeki kapasite değeri ve Ls mikro şerit antenin deneysel eşdeğer devresindeki indüktans değerini göstermektedir. Geliştirilen yöntem m dosyalan yaratılarak MATLAB® programında gerçekleştirilmiştir. Varyasyonların denenmesi ile elde edilen çıkışlar gerçek veriler ile karşılaştırılmış ve sonuçların istenilen kriterleri sağladığı görülmüştür. Geleneksel yöntemlerden daha hızlı sonuçlar üretebilmesinin yanında hiç görmediği veriler için bile iyi sonuçlar ürettiği görülmüştür.The response of the components, that are used at radio frequencies (RF), can be obtained by Electromagnetic simulator (EM) simulator, using empirical equivalent circuits or solving equations. These methods beside their advantages, they also have some disadvantages. As EM simulator takes long time, empirical equations are not accurate enough and equivalent circuits are not always satisfactory, a new method utilizing artificial neural networks is proposed to overcome these disadvantages. In this work, advantages and disadvantages of common methods are taken into account while developing the method. Advantages of the traditional methods are utilized, while developing the neural network based space mapping method in order to prevent some of the disadvantages. Space mapping proposes a mathematical link between more accurate but slow model -fine model- and less accurate but fast model -coarse model-. While utilizing speed of coarse model, space mapping wants to reach accurateness of fine model. This method has two main steps. Former is to find optimum coarse model parameters that satisfy design restrictions, latter the process develops a mathematical link between fine model parameters and coarse model parameters. Link between these two models is found by artificial neural network. This method used to model micro strip antennas (MSA). While modeling, w/b, R/t and t/w parameters are applied to inputs of neural network, Cp and Ls parameters are applied to outputs of neural networks. Effects of physical parameters on electrical parameters wanted to be predicted by developed method, w is width of MSA, t is conductor height, R, Cp and Ls is resistance, capacitance and inductance of MSA equivalent circuit respectively. xiu Developed method is realized in MATLAB* program. Various cases are tested, obtained outputs are compared to real values. The results show that linking is done and satisfying design criterions. This method produces more accurate/reliable results than traditional methods, moreover, it produces more accurate results even if it confronts new data never seen before.