M. Emre AYDEMİR

BAZI OPTİMİZASYON YÖNTEMLERİNİN YAMA ANTEN PROBLEMLERİNDEKİ PERFORMANSI

Optimizasyon yöntemleri basit lokalden, karmaşık global olanlara, türev tabanlılardan sürü-parçacık tabanlı algoritmaları kapsayacak şekilde geniş bir aralığa sahiptir. Bu sebeple Hesaplamalı Elektromanyetik (Computational Electromagnetics – CEM) problemleri için hangi yöntemin uygun olduğuna karar vermek güç olabilir. Literatürde CEM problemlerinin çözümüne yönelik birçok optimizasyon uygulaması mevcuttur ancak belirli tür problem için hangi yöntemin uygun olduğuna dair yapılmış kıyaslamalı çalışmalar yok denecek kadar azdır, dolayısıyla ilk denemelerde hesaplama kaynakları ve zaman verimsizce kullanılabilmektedir. Bu çalışmada, yöntem olarak İnterpole edilmiş Quasi-Newton (QN), Nelder-Mead (NM), Genetik Algoritma (GA) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) Algoritması gibi birbirlerinden belirgin farkları olan algoritmalar seçilmiştir. Basit C-tipinde ve daha karmaşık H-tipinde iki yama antenin tasarımları bahsi geçen yöntemler ile gerçekleştirilmiştir. Antenlerin seçimindeki dikkat edilen husus, ilkinin tasarım parametreleri analitik olarak tanımlanabilirken ikincisinin daha karmaşık ve doğrusal olmayan bir modele sahip olmasıdır. Bu sayede optimizasyon yöntemlerinin performansları daha yüksek doğrulukla değerlendirilebilir. Antenlerin fiziksel boyutları algoritmaların giriş parametrelerini, hedeflenen rezonans frekanslarındaki geri dönüş kaybı (S11) da hedef fonksiyonunu teşkil etmektedir. Problemlerin doğası ve karmaşıklığı sebebiyle algoritmaların çok farklı performans gösterdikleri gözlemlenmiştir. Algoritmaların performansları değerlendirilmiş ve uygun seçim kararını vermek için kriterler belirlenmiştir. Algoritmaların doğruluk, işlem zamanı gibi birbirlerine göre avantaj ve dezavantajları sıralanmış, bulunan sonuçlar deneysel ölçümler ile de teyit edilmiştir.

Anahtar Kelimeler:

Yama antenler, optimizasyon, hesaplamalı elektromanyetik yöntemleri

PDF

___

Preis, K “Comparison of different optimization strategies in the design of electromagnetic devices”, IEEE Transactions on Magnetics, Cilt 27, 4154-4157, 1991.
Chatuthai C., Ramirez J.A. ve Freeman E.M., “An improved constrained quasi-Newton method for the solution of inverse electromagnetic problems”, IEEE Transactions on Magnetics, Cilt 32, 1318-1321, 1996.
Günel T., Aydemir M.E., “Application of continuous parameter genetic algorithm to the problem of synthesizing bandpass distributed amplifiers”, International Journal of Electronics and Communications, Cilt 56, Sayı 5, 351-354, 2002.
Aydemir M.E., Günel T., Ustuner F., “Genetic approach to the minimization of the coupling between antennas”, International Journal of Electronics and Communications, Cilt 60, Sayı 4, 299-305, 2006.
Buckley M.J., “Synthesis of shaped beam antenna patterns using implicitly constrained current elements”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Cilt 44, Sayı 2, 192-197, 1996.
Toktaş A., M.B. Biçer, Akdağlı A., Kayabaşı A., “Simple Formulas for Calculating Resonant Frequencies of C and H Shaped Compact Microstrip Antennas Obtained by Using Artificial Bee Colony Algorithm”, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Cilt 25, 1718-1729, 2011.
Afzal W., Rafique U., Ahmed M. M., Khan M. A., Mughal F. A., “A Tri-Band H-Shaped Microstrip Patch Antenna for DCS and WLAN Applications”, Proceedings of 19th International Conference on Microwaves, Radar and Wireless Communications, 256-258, 2012.
Jin N., Rahmat-Samii Y., “Parallel particle swarm optimization and finite- difference time-domain (PSO/FDTD) algorithm for multiband and wide-band patch antenna designs”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Cilt 53, Sayı 11, 3459 - 3468, 2005.
Deshmukh A., Kumar G., “Formulation of resonant frequency for compact rectangular microstrip antennas”, Microwave and Optical Technology Letters, Cilt 49, 498-501, 2007.
Toktaş A., Biçer M.B., Akdağlı A., Kayabaşı A., “Simple formulas for calculating resonant frequencies of C and H shaped compact microstrip antennas obtained by using artificial bee colony algorithm”, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Cilt 25, 1718-1729, 2011.
Balanis C.A., Antenna Theory, Analysis and Design, John Wiley and Sons, 1997.
Türk A.S., Aydemir M.E., Göse E., İlarslan M.,“Practical Design Considerations for Tri-Band Microstrip Patch Antennas”, Proceedings of ISAP 2012, 1055-1058, 2012.
Weiland T., “A Discretization Method for the Solution of Maxwell’s Equations for Six-Component Fields,” Journal of Electronics and Communication, Cilt. 31, 116-120, 1977.
K. Berberidis, “A Step-by-Step Quasi-Newton Algorithm in the Frequency Domain and Its Application to Adaptive Channel Equalization”, IEEE Transactions on Signal Processing, Cilt. 52, 3335-3344, 2004.
Nelder J. A., Mead R., “A simplex method for function minimization,” Comput. J., Cilt 7, 308–313, 1965.
Holland J., “Genetic Algorithms”, Scientific American, vol. 7, pp.66-72, 1992
Minasian A.A, “Complementary Particle Swarm Antennas for next generation wireless communication systems”, International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), 895 – 898, 2012.