Design of an ultrawide band microstrip amplifier using 3D Sonnet based SVRM with particle swarm optimization

Abstract

Günümüz dünyasında mikrodalga teknolojisi haberleşme sistemleri ve askeri sistemler için önemli bir yere sahiptir. Gittikçe artan önemiyle mikrodalga teknolojisi hızlı, yüksek doğruluklu tasarım sistemlerine ihtiyaç duymaktadır. Bu noktada 3 boyutlu bilgisayar destekli tasarım programları önemli bir rol oynamaktadır. Son zamanlarda pratik tasarıma yakın yüksek doğruluk sonuçlar verebilen 3 boyutlu elektromanyetik benzetim programları oldukça gelişti. Ancak, yüksek doğruluklu bu benzetim programlarının önemli bir dezavantajı yavaş olmalarıdır. Bu problemi çözmek için kullanılan önemli yöntemlerden biri öğrenen makinelerdir. Doğrusal olmayan öğrenen makineler mikrodalga modellemelerde doğrusal olmayan giriş ve çıkışlar için ayrık haritalama işlemlerinin genelleştirilmesinde kullanılan hızlı ve esnek makinelerdir. Bu çalışmada destek vector regresyon makineleri (DVRM) mikroşerit transmisyon hattının modellenmesi için kullanılmıştır. Bu kapsamda kaba ve hassas mikroşerit DVRM modelleri elde edilmiştir. Elde edilen mikroşerit DVRM modeli 3 boyutlu EM benzetim programları gibi yüksek doğruluklu ve analitik formülasyonlar gibi de hızlı çalışmaktadır.Düşük gürültülü mikrodalga kuvvetlendiricileri alıcı sistemler için front-end elemanı olarak kullanılmaktadır. Ayrıca ultra-geniş bandlı kuvvetlendiriciler çoklu frekans bandlarında kullanıldıkları için birçok eleman yerine tek başına kullanılabilmektedirler. Bir mikroşerit kuvvetlendiricisinin tasarımı giriş çıkış uydurma devrelerinin mikroşerit elemanlarının hat genişliği (W), uzunluğu (L), kalınlığı (T)ve kullanılan taban malzemesinin bağıl dielektrik katsayısı (?r), kalınlığı (H) gibi parametreleri ile kullanılan transistörün potansiyeline bağlı olarak optimizasyonla yapılabilir. Optimizasyon sürecinde mikroşerit hatların karakteristik empedans (Z0) ve efektif bağıl dielektrik katsayısı (?eff) ile W,L,T,?r,H arasındaki bağlantı EM tabanlı DVRM kullanılarak sağlanmıştır. DVRM modeli elde edilirken kaba model eğitim verileri yarı-TEM mikroşerit sentez formülasyonlarından elde edilmiştir ve hassas model verileri SONNET EM benzetim programından sağlanmıştır. Hedeflenen gürültü F(?), giriş yansıması Vi(?), kazanç GT(?) ve band genişliği (B) değerlerine karşılık gelen kaynak ve yük uydurmaları {ZS(?), ZL(?)} seçilen yüksek teknolojili bir transistörün Darlington teoremine bağlı olarak performans karakterizasyonu ile elde edilmiştir. Ayrıca giriş ve çıkış uydurma devrelerinin elde edilmesi için verimli ve basit bir algoritmaya sahip olan parçacık sürü optimizasyonu kullanılmıştır. Tasarım hedefleri maksimum kazanç, minimum gürültü ve düşük giriş yansıması olarak seçilen kuvvetlendiricinin giriş ve çıkış uydurmaları optimize edilip parametreleri elde edilmiştir.Teknlojik sınırlamalar kapsamında elde edilen kuvvetlendirici Microwave Office AWRDE benzetim program kullanılarak doğruluğu kontrol edilmiştir. Ayrıca tasarlanan kuvvetlendirici üretilip ölçülmüştür. Son olarak, tüm sonuçlar karşılaştırmalı olarak incelenmiştir.