Theses supervised by Doç. Dr. Seyfettin Sinan Gültekin
13 theses · Konya Technical University
Uhf araç tanıma ekipmanları tasarımı
Araç tanıma ekipmanı veya taşıt tanıma sistemi genelde ticari araç filolarının akaryakıt alımı ve filolardaki araçların yakıt takibinin yapılması için çözüm sunan akaryakıt yönetim sistemidir. Bu sistem daha önce kontrol ünitesi kısmının akaryakıt pompasının içine yerleştirildiği ve bu ünitenin pompanın kontrolünü sağladığı bir sistemdi. İnternetin yaygınlaşması ve teknolojinin gelişmesi ile pompanın kontrolü artık veri tabanları üzerindeki kayıtlar kullanılarak yapılmaya başlanmıştır. Böylelikle veri tabanı ile haberleşen otomasyon sistemlerine pompanın kontrolü dahil olmuş oldu. Otomasyon sistemine ise veri tabanına sorgulaması için araç bilgilerini taşıt tanıma ekipmanlarınca bilgi aktarımı yapılmaktadır. Fakat bu aşamada araçtan bilgi okunması, değişen depo girişlerinden dolayı sağlıklı olmamaktadır. Böylelikle araç tanıması yapılamamaktadır. Bütün bunları önleyebilmek için bu tez çalışmasında bir taşıt tanıma sistemi geliştirilmiş ve elektronik prototipi gerçekleştirilmiştir. Geliştirilen elektronik düzenekle birlikte değişken depo girişlerinden dolayı yaşanan sıkıntıların önüne geçilmiştir. Böylece tabanca ucundaki okuyucu ünite ile kimlik birimi arasındaki haberleşme zorlukları aşılmıştır. Ayrıca pasif kimlik birimleri ile elde edilemeyen mesafelerde kimlik birimi ile haberleşme sağlanabilmiştir. Bu sayede hiç yakıt alamayan büyük araçlar ve yakıt alırken kesilmeler yaşayan diğer araçların sorunları çözülebilmiştir. Bu işlemler için kimlik birimi enerji ile çalışır hale getirilmiş ve radyo frekansı ile haberleşme sağlanmıştır. Okuyucu ünitenin kimlik birimini değişik açılardan düzgün olarak okuyabilmesi içinde yeni bir monopol anten tasarlanmış, üretimi yapılarak sisteme dahil edilmiştir. Sistem birçok araçta denenmiş ve okuyamama probleminin ortadan kalktığı görülmüştür.
İşbirlikli uzaysal modülasyonun farklı sönümlenmeli kanallardaki performans analizi
Yeni nesil kablosuz haberleşme sistemleri ile ulaşılması beklenen ultra hızlı veri oranı ve dev bant genişliği gibi önemli hedeflerin gerçekleşmesi için halen sürdürülen çalışmalarda geleneksel yöntemler yetersiz kalmaktadır. Bu çalışmalar esnasında araştırmacıların veri iletimi için geliştirdiği yenilikçi yollardan biri olarak karşımıza çıkan uzaysal modülasyon (SM, spatial modulation) tekniği; spektral verimlilik, enerji verimliliği ve donanım sadeliği gibi açılardan geleneksel yöntemlere üstünlük sağlamaktadır. SM'nin bu avantajları, yeni nesil teknolojiler için umut verici olsa da pratikte karşılaşılabilecek sorunlara karşı davranışı literatürde yeterli düzeyde incelenmemiş ve işbirlikli sistemlerle birlikte kullanımı için optimum sonuçlar henüz önerilmemiştir. Bu tez çalışmasında; SM tekniğinin, pratikte karşılaşılan donanımsal hatalardan biri olan eş evre (I) ve dik evre (Q) dengesizliği (IQI, in-phase and quadrature-phase imbalance) etkisi altındaki davranışları çeşitli senaryolar üzerinden incelenmiştir. Bu senaryoların oluşturulmasında, sistemlere esneklik kazandırmak adına farklı SM türleri ve çeşitli sönümlenmeli kanal yapıları ele alındığı gibi; kanal tahmin hataları da dikkate alınmıştır. Bazı senaryolar için, sistem performansını daha iyi anlamak amacıyla karmaşıklık analizi gibi ek çözümler sunulmuştur. Diğer yandan SM tabanlı teknikler, sistem güvenilirliğini ve servis kalitesini artırdığı bilinen işbirlikli mimarilere uyumlandırılmış ve sistem performansı incelenmiştir. IQI etkisi altındaki SM tabanlı işbirlikli sistemler için optimum çözümler önerilmiş ve kapalı form denklemleri türetilmiştir. Spesifik olarak, tasarlanan tüm sistemlerin hata performansı, optimum en yüksek olabilirlik tahmini (MLD, maximum likelihood detection) metodu ile analitik olarak çözümlenmiş ve elde edilen sonuçlar bilgisayar simülasyonları ile desteklenmiştir. Tüm bu çalışmalar neticesinde, yeni nesil teknolojilerin tasarımında IQI etkisinin ciddi bir şekilde göz önünde bulundurulması gerektiği, SM'nin bu hatayı gidermede kullanılabilecek oldukça etkili bir yöntem olduğu ve işbirlikli yapıların SM tabanlı sistemlerin performansını ciddi oranda artırdığı görülmüştür.
Meme kanserinin tespitine yönelik performansı geliştirilmiş Vivaldi anten tasarımı ve uygulaması
Kanser hücreleri birikerek tümörleri oluştururlar. Tümörler ise iyi ve kötü huylu olabilir. İyi huylu tümörler kanser olmayıp çoğu zaman tekrarlamazlar ve vücudun diğer taraflarına yayılmazlar. Kötü huylu tümörler ise kanserdir ve düzensiz çoğalırlar. Kanser hücreli tümörler normal dokuları sıkıştırabilir, içine sızabilir ya da tahrip edebilir. Eğer kanser hücreleri oluştukları tümörden ayrılırsa, kan ya da lenf dolaşımı aracılığı ile vücudun diğer bölgelerine yayılabilir. Yayıldıkları yerlerde tümör kolonileri oluşturarak büyümeye devam ederler. Günümüzde en sık görülen kanser türleri akciğer, meme, sindirim ve üreme sistemlerinden kaynaklanan kanserlerdir. Kötü huylu tümör dokularını dolayısıyla kanseri belirlenmenin pek çok yöntemi vardır. Bu yöntemler, kan sayımı, biyokimyasal analizler, röntgen incelemeleri, radyoizotop taramalar, endoskopi, ultrasonografi, bilgisayarlı tomografi, manyetik rezonans görüntüleme, sitoloji, biyopsi ve histopatolojik tanı, mikrodalga tomografi gibi yöntemlerdir. Kanser türleri arasında en yaygın ve tedavi için erken teşhisin en önemli olduğu tür, meme kanseridir. Meme kanseri birçok kadın için uygun şekilde tedavi edilmediği takdirde ölümcül sonuçlara neden olabilir. Bu sebeple erken tanı oldukça önemlidir. Mevcut yöntemler ise her zaman doğru sonuçlar vermeyebilir. Örneğin; tüm meme tümörlerinin %4 ila %34'ü kötü seyirlidir ve kontrast sorunu ve benzeri nedenlerden dolayı kanserli dokular tespit edilemeyebilir. Erken teşhise yönelik mikrodalga temelli yaklaşım, meme sinyal gönderilerek yansıyan sinyallerin toplanarak değerlendirilmesi şeklindedir. Bunun için ise iyi tasarlanmış ve performansı iyi olan bir antene gerek duyulur. Sinyaller, ciltten, meme içindeki doku kompozisyonundaki doğal değişikliklerden ve mevcut tüm tümörlerden yansıyarak değişikliğe uğrar. Radar tabanlı bu görüntülemenin amacı, tümörlerin yol açtığı yansımaları, sinyallerdeki diğer yansımalardan ayırmaktır. Bu çalışma ile de meme kanseri teşhisine yönelik ve tümör dokularının tespiti için performansı geliştirilmiş geniş bant özelliğine sahip "VIVALDI" anten önerilmiştir. Çalışmada antenin hem tasarımı hem de uygulaması gerçekleştirilmiştir. Uygulama için, ultra geniş bantlı (UGB) VIVALDI anten tasarımı, yüksek frekanslı elektromanyetik alan simülasyonu (HFSS) programı kullanılarak yapılmıştır. VIVALDI antenin performansı için farklı boyutlarda farklı yamalar açılarak ve farklı dielektrik taban malzemesi kalınlığına sahip 6 adet anten tasarlanmıştır. Tasarımı yapılan antenlerde dielektrik sabiti (εr) 4.4, kayıp tanjantı (δ) 0.025 ve kalınlıkları (h) 0.8-1.6-2 mm olan FR4 dielektrik taban malzemesi kullanılmıştır. Antenlerin tasarımı ve simülasyonları Ansoft HFSS (High Frequency Structure Simulator) simülasyon programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tümör tespiti ise elektrik alan (E-Alan), manyetik alan (H-Alan), akım yoğunluğu (J) ve Özgül Soğurma Oranı (SAR) değerlerinin tümörlü ve tümörsüz durumlarındaki farklılıkları ortaya çıkarılarak yapılmıştır. Ayrıca antenlerin performanslarını belirlemek amacıyla çalışılan frekanslar için duran dalga oranı (VSWR), kazanç (G) ve geri dönüş kaybı (S11-Return Loss) parametreleri de belirlenmiştir. Elde edilen anten performans sonuçları değerlendirilmiş ve meme kanseri tespiti için kullanılabileceği sonucuna varılmıştır.
Zıgbee - IEEE 802.15.4 temelli kablosuz sensör ağı kontrol sistemi ve sistem performansı için bir mikroşerit anten tasarımı, simülasyonu ve gerçekleştirilmesi
Zigbee, özellikle uzaktan kontrol, izleme, otomasyon ve sensör ağları için oluşturulmuş bir kablosuz iletişim protokolüdür. Zigbee, IEEE 802.15.4 koduyla, kablosuz kişisel alan ağlarında (LR-WPAN) düşük güç harcaması ve düşük veri hızı standardını içerir. Kablosuz Sensör Ağları, sıcaklık, ses, titreşim, basınç, hareketlilik veya kirletici olarak fiziksel veya çevre koşulları, izlemek ve ana üniteye ağ üzerinden veri aktarmak için ortama dağıtılan otonom sensörlerden oluşur. Kablosuz sensör ağları ile ilgili yapılan çalışmalarda görülmüştür ki Zigbee standardı; uzaktan izleme, kontrol ve algılama ağları uygulamalarının gereksinimlerini belirleyen önde gelen teknoloji esaslı standarttır. Zigbee, bina-ev otomasyonundan hasta izlemeye, güvenlik sistemlerinden çevresel gözlemlere kadar oldukça geniş uygulama alanına sahiptir. Kablosuz Sensör Ağları esneklik, kurulum kolaylığı, uzaktan bakım ve düşük maliyet sayesinde Akıllı Ulaşım Sistemleri'nin (ITS) önemli unsurlarından olan trafik algılama sistemleri, trafik yoğunluğu ölçümü, trafik uyarımlı sinyal kontrolü gibi birçok gelişmiş trafik sisteminde yaygın olarak kullanılmaktadır. Zigbee'nin düşük güç harcaması, kablosuz sensör düğümlerinin uzun ömürlü olmasını sağlamaktadır. Ancak genellikle pille çalışan bu sistemler için alıcı – verici biriminde güç kısıtlamasına yol açmaktadır. Ayrıca ITS uygulamalarının pek çoğunda, kablosuz sensör düğümlerinin yere gömülü olması sinyal kayıplarına neden olmakta ve iletişim mesafesi olumsuz etkilemektedir. Bu nedenlerle kablosuz iletişimde, aynı çıkış gücüyle güvenli şekilde yüksek menzile ulaşmak için anten performansı ön plana çıkmaktadır. Bir kablosuz sensör düğümüne monte edilebilecek antenin mümkün olduğunca küçük boyutta ve tasarım gereksinimlerini karşılayacak verim, kazanç ve band genişliğine sahip olması beklenmektedir. Bu tez çalışmasında, Zigbee tabanlı XBee modüller kullanılarak bir Kablosuz Sensör Ağı kurulmuş olup sinyalize bir kavşak modeli üzerinde trafik izleme ve kontrol uygulaması gerçekleştirilmiştir. Bu kapsamda, Akıllı Ulaşım Sistemleri'nin (ITS) bir bileşeni olan Adaptif Trafik Kontrol Sistemi tasarlanarak gerçekleştirilmiştir. Ayrıca sistem performansına uyumlu ve XBee modüllerdeki standart PCB antenlerin yerine kullanılabilecek bir mikroşerit anten tasarlanarak gerçekleştirilmiştir. Yapılan uygulama ve test çalışmaları sonucunda uygun mesafeye yerleştirilmiş olan Sensör Düğümleri ile Ana Kontrol Ünitesi arasında her iki yönde kablosuz iletişimin sorunsuz ve güvenli şekilde sağlandığı, tasarlanan antenin sistemle uyumlu ve yeterli performansa sahip olduğu görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Kablosuz Sensör Ağları, WSN, ITS, Anten, XBee, Zigbee.
Optimum internet veri transfer hızının yapay sinir ağı kullanılarak tahmin edilmesi
Teknolojideki gelişmelere paralel olarak insanların yaşam biçimleri gerek iş hayatında gerek özel yaşamında günlük ihtiyaçları da değişmektedir. İnternetin yaygınlaşmasıyla birlikte insanların birbirleriyle yaptıkları veri paylaşımına olan ihtiyaçta her geçen gün daha da artmaktadır. Buda internete sürekli erişim ihtiyacını insan hayatının vazgeçilmez bir parçası yapmaktadır. İnternet erişimi için kullanılan en yaygın yöntemlerden biri de Digital Subscriber Line (DSL) teknolojisidir. DSL, mevcut telefonlar için kullanılan bakır teller üzerinden aynı anda yüksek hızlı veri iletimini sağlayabilen bir iletişim teknolojisidir. Bakır iletim hatları üzerinden sağlanan bu internet erişiminde zaman zaman farklı sebeplerden kaynaklanan kopmalar ya da istenilen internet erişim hızının sağlanamaması gibi durumlar yaşanmaktadır. Bu olumsuzluklardan bazılarını gidermek için fiziksel müdahale gerekirken bazıları da uzaktan erişim ile ilgili iletim hattının sinyal gürültü oranı, zayıflaması gibi parametrelere bağlı olarak ilgili kullanıcının hattına atanmış olan hız profillerinin değiştirilmesi yönetimi ile giderilebilmektedir. Bu tez çalışması, fiziksel müdahale gerektirmeden sistem üzerinden giderilebilecek olumsuzlukların ıslah yönteminin geliştirilmesi üzerinedir. Mevcut durumda hangi DSL hattına hangi hız profilinin uygun olduğu manuel olarak operatörler tarafından belirlenmektedir. Gerçekleştirilen çalışmada MATLAB üzerinde tasarlanan farklı Yapay Sinir Ağları (YSA) modelleri ile üzerinde çalışılan DSL hattına hangi hız profilinin uygun olduğunun tahmin edilmesi amaçlanmıştır. Uygun hız profili tahmini, hat zayıflaması, maksimum indirme hızı, sinyal gürültü oranı ve çıkış gücü gibi parametreler kullanılarak, tasarlanan YSA modelleri ile yapılmaktadır. Önerilen bu model ile uygun hız profili tahmini %98,9988 doğrulukla gerçekleştirilmiştir. Hız profilinin tahmininin daha yüksek doğruluk ve daha kısa sürede gerçekleştirilebilmesi amacıyla birden fazla YSA modeli tasarlanmış ve elde edilen sonuçların hız ve başarım açısından üstünlükleri tartışılmıştır.
Tank otomasyon sisteminde PLC ve SCADA dizaynı ve performans analizi
Otomasyon endüstriyel alanda, yönetimde ve bilişim sektöründe gerçekleştirilen işlerde insan vasıtasıyla gerçekleştirilen işlemlerin otomatik olarak yapılmasını sağlamaktadır. Bir başka deyişle otomasyon, yapımı gerekli olan bir işte insan ve makinenin görev paylaşımı yapmasıdır. Bu tanımın kapsamını daraltacak olursak otomasyon, mekanik, elektronik ve bilgisayar tabanlı sistemleri kullanarak üretimin gerçekleştirilmesi ve kontrol edilmesi demektir. Endüstriyel otomasyonda temel amaç, üretimde harcanan insan gücünü en aza indirmektedir. Bununla beraber, insan hatalarının azaltılması ve üretimdeki verimliliğin en üst seviyelere çıkarılması da amaçlanmaktadır. Tüm bunların sonucunda üretim ortamında gereksinimi bulunan insani ihtiyaçlar ortadan kaldırılmış olup üretim hızı da artırılmış olur. Bu tezde genel olarak otomasyon sistemlerinin dizayn şeklinden, tank otomasyon sisteminin tüm yapım detaylarından, bu tarz sistemlerin neden kullanıldığından ve faydalarından, endüstriyel saha uygulamalarından, otomasyon pano dizaynından, Simatic manager ve Wincc programlarının endüstride nasıl kullanılacağından, saha ve PLC ekipmanlarının seçim detaylarından, yapılan sistemin efektif olarak kullanılarak geçmişte insan hatalarına bağlı işleyişinin değişmesinden, sistemin performans analizinden, arşiv ve TAG yönetimi ile toplam üretken bakım onarım faaliyetlerine sağladığı katkıdan bahsedilmiştir. Anahtar Kelimeler: Otomasyon, PLC, SCADA, Simatic, Tank otomasyon sistemi, WinCC
Eş zamanlı konumlandırma, haritalandırma uygulamaları ve nesne tanıma tabanlı konumlandırma
Eş Zamanlı Konumlandırma ve Haritalandırma (SLAM) problemi, robotun bilinmeyen bir ortamın haritasını oluştururken aynı anda bu ortamda kendisini konumlandırması olarak tanımlanır. LIDAR (Light Detection and Ranging) sensörü gibi bir mesafe sensörü ve teker-açı değerlerinin alındığı odometri sensörü kullanılarak robot ortamın haritasını ve bu ortamda konumunu tahmin eder. Açık alanlarda konum bilgisi Küresel Konumlama Sistemi (GPS) ile yüksek doğruluk oranıyla belirlenebilirken kapalı ortamlarda GPS verilerinin alınamamasından dolayı konum bilgisi belirlenemez. Kapalı ortam konumlandırması özellikle savunma teknolojileri için önemli bir konudur. Robot kapalı bir ortamda sensör verilerini girdi olarak alır ve konum tahmini çıktısı verir. Bu tahmini çeşitli Bayes temelli tahmin yöntemleri kullanarak yapar. En sık kullanılan tahmin yöntemlerinden biri Gauss Dağılımı aranmayan Parçacık Filtresi (PF)' dir. PF temelli Monte Carlo Localization (MCL) yöntemi kullanılarak ortamda konum tahmini yapılır. Robot odometri sensör verisinde hata veya giderilemeyen bir gürültü olmadığı takdirde başarılı tahminler ortaya koyar. Ancak ortamda teker kayması, robot kaçırılması, engele takılma gibi bir problemde robot teker açı verilerini kaybederek konum tahminini yanlış yapar. Bu tez çalışmasında kapalı ortamlarda meydana gelebilecek bir teker verisi kaybında robotun konumlandırılması konusunda nesne tanıma tabanlı, yenilikçi bir yöntem önerilmiştir. Bir Derin Öğrenme modeli olan Faster R-CNN ile eğitilen veri seti sonucunda tanınan iki adet nesnenin konumuna göre robotun konumlandırılması amaçlanmıştır. Bu amaç doğrultusunda yapılan deneysel sonuçlar verilmiş ve robotun klasik tahmin yöntemlerinin başarısız olduğu hatalı teker verisi durumlarında başarılı konum tahmini gerçekleştirdiği görülmüştür. Tez içeriğinde ayrıca bir kapalı ortamın odometri verisi kullanılmadan haritalandırılması ve ölçeklendirilmesi uygulaması yapılmıştır. Eş Zamanlı Konumlandırma ve Haritalandırma (SLAM) konusunda literatürde en çok kullanılan iki yöntem olan Gmapping ve HectorSLAM yöntemleri uygulamaları yapılmış ve bu yöntemlerin avantaj, dezavantajları belirtilmiştir. Savunma teknolojileri ve savunma sistemleri entegrasyonunda önemli bir konu olan kapalı ortam konumlandırması ve kapalı ortam haritalandırması konuları ele alınmış ve önerilen yöntemlerin başarılı sonuçlar verdiği görülmüştür. Anahtar Kelimeler: Eş Zamanlı Konumlandırma ve Haritalandırma (SLAM), Otonom Robotlar, Savunma Teknolojileri ve Savunma Sistemleri Entegrasyonu, Parçacık Filtresi (PF), Monte Carlo Lokalizasyonu (MCL), Derin Öğrenme, LIDAR (Light Detection and Ranging)
Çok katmanlı dielektrik yapıların farklı materyaller için anten performanslarının incelenmesi
Mikroşerit antenler, kompakt tasarımları ve ucuz maliyetleri sebebiyle en iyi anten yapıları olarak karşımıza çıkmaktadır. Özellikle son zamanlarda yığılmış çok katmanlı yapılar, sarmal, yarık, dipol ve aynı düzlem (coplanar) dalga kılavuzu (CPW) beslemeli antenler benimsenerek daha geniş bant genişliğine ulaşılmaya çalışılmıştır. Bantgenişliği dielektrik sabiti ve geçirgenliği ile ters orantılıdır. Bunun yanında bantgenişliği ve ışıma deseni tanjant kaybına bağlıdır. Bu tez çalışmasında bu özelliklerde dikkate alınarak, tek ve çok katmanlı anten tasarımları yapılmış ve üretilmiştir. Simülasyon ve deneyler sonucunda geri dönüş kaybı (S11), yüzde bantgenişliği (%BW) ve kazanç (G) gibi elektriksel parametreler ile performansları incelenmiştir. Böylelikle çok katmanlı ve farklı dielektrik malzemelerle yapıla antenler ve sonuçları literatüre sunulmuştur. Çok katmanlı anten yapıları, tek, iki, üç ve dört katlı olmak üzere alt tabakalar için yapılmıştır. Buna ek olarak antenlerden daha iyi performans alabilmek için yama üzerine dairesel ve dikdörtgen yarıklar açılmıştır. Antenlerin entegre devrelere uyumlu bir şekilde yerleştirilmesi amacıyla da fiziksel boyutlarının küçüklüğüne dikkat edilmiştir. Bu amaçlarla literatürde yaygın olarak kullanılan ve kayıp tanjant değeri ve dielektrik sabiti düşük malzemeler seçilmiştir. Bu malzemeler, FR4 Proxy, RT/Duroid, Köpük ve Teflon'dur. Antelerin çeşitli uygulamalardaki performanslarını görebilmek için 1 – 9 GHz arası frekanslarda taranmış ve analiz edilmiştir. Analizler sonucunda, 8-11 dB gibi yüksek kazançlı, %14-15 bantgenişliğine sahip ve 15-30 dB geri dönüş kayıplı antenler elde edildiği görülmüştür. Analiz ve modellemeler, sonlu elemanlar metoduna bağlı HFSS simülasyon (Ansoft Yüksek Frekanslı Yapı Simülatörü) yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir.
Farklı yapılardaki seramik malzemelerin mikroşerit anten olarak tasarımları ve elektriksel performanslarının analizi
Mikroşerit yama antenler küçük, hafif, kullanışlı ve üretimlerinin ucuz olmalarının yanında, rezonans frekansı, bant genişliği, geri dönüş kaybı, kazanç ve verim gibi elektriksel parametrelerinin elde edilebilmesinde güçlükler vardır. Özellikle yüksek frekanslarda, kullanılan malzemenin dielektrik özelliği mikroşerit antenlerin sayılan tüm parametrelerini değiştirebilmekte ve anten performansını büyük oranda etkileyebilmektedir. Uygun fiziksel koşul ve yapılarda istenilen anten performansını elde edebilmek için günümüzde araştırmacılar farklı malzemeler üzerinde çalışmalar yapmakta ve performansı yüksek bir anten için optimizasyon teknikleri kullanmaktadırlar. Son yıllarda araştırmacılar, yüksek bant genişliği ve yüksek kazançları, düşük geri dönüş kayıpları nedeniyle seramik malzemeler üzerinde çalışmaları yoğunlaştırmışlardır. Bu çalışmaların artmasının bir nedeni de seramik malzemelerin sıcaklık değerlerinin yüksek olması ve dayanıklı olmalarıdır. Bu tez çalışmasında da seramik malzemeler üzerinde mikroşerit anten yapılarının performansları değerlendirilmiş, karşılaştırmaları yapılmış ve literatüre sunulmuştur. Çalışmalar dikdörtgen şekilli yama üzerine yapılmış ve tasarım denklemleri kullanılarak yama ve toprak boyutları, özelliklede besleme noktası konumu hesaplanarak simüle edilmiş ve tasarlanmıştır. Tasarımı ve üretimi yapılan antenlerin kalınlıkları aynı alınarak beş farklı seramik malzeme üzerine yapılmış ve performansları incelenmiştir. Seramik malzemelerle tasarlanıp simüle edilen ve üretilen antenlerin tümü için, 2.4 GHz (Wi-Fi), 5.8 Ghz (Wimax) ve 10 GHz (X-Band) frekanslarında çalışılmıştır. Tasarlanıp simülasyonları yapılarak üretilen antenlerin bant genişliği, geri dönüş kaybı, kazancı ve duran dalga oranı gibi elektriksel parametrelerinin ölçümleri yapılmış, simülasyon sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, seramik malzemelerin Wi-Fi, Wimax ve X-Band gibi kablosuz haberleşmede yoğun olarak kullanılan bandlarda kullanılabileceğini göstermiştir. Anahtar Kelimeler: Seramik, ISM band, X band, Wimax, Wi-Fi, kazanç.
5G mobil terminaller için yüksek kazançlı ve çoklu bant frekans seçici anten sistemi tasarımı
Bilgi ve iletişim teknolojilerindeki muazzam gelişmeler ve gittikçe artan kablosuz kullanıcı sayısı yüksek veri hızına ve kanal kapasitesine olan talebi de arttırmıştır. 1980'lerde birinci nesil (1G) ile başlayan mobil haberleşme sistemleri her on yıllık süreçte yeni bir nesil olarak kendini yenilemiş ve günümüzde "gelecek nesil" olarak da isimlendirilen beşinci nesil (5G) haberleşmesine geçilmeye başlanmıştır. 5G mobil spektrumu, 410 MHz ile 86 GHz arasında geniş bir frekans aralığını kapsamakta ve en genel anlamda düşük bant (1 GHz altı), orta bant (1 ile 6 GHz arası) ve yüksek bant (6 GHz üstü) olarak sınıflandırılmaktadır. Bu 3 frekans bölgesi için ITU tarafından belirlenen ve en öne çıkan frekans bantları ise sırasıyla; n78 (3.3-3.8 GHz), n258 (24.25-27.5 GHz veya 26 GHz), n257 (26.5-29.5 GHz veya 28 GHz) ve n260 (37-40 GHz veya 39 GHz) bantlarıdır. Diğer mobil sistemlerde olduğu gibi, 5G mobil sistemlerinin de en önemli unsurlarından birisi antenlerdir. Mikroşerit antenler, küçük profile sahip olma, üretim maliyetinin düşüklüğü, tasarım ve üretim kolaylığı gibi avantajları ile mobil sistemler için ön plana çıkmaktadır. Geleneksel mikroşerit antenlerin bilinen en yaygın dezavantajı bant genişliğinin darlığıdır. Özellikle atmosferik kayıpların arttığı yüksek frekans bölgesi için tasarlanan mikroşerit antenlerdeki diğer dezavantaj da kazanç değerinin düşüklüğüdür. Mikroşerit antenlerin bant genişliğini artırmak için bozunmuş toprak düzlemi kullanma, kısa devre pini veya oyuk ekleme, log-periyodik gibi frekans bağımsız mimari kullanımı ve parasitik yama tasarımı gibi teknikler kullanılabilmektedir. Yine kısa devre pin ya da oyuk ekleme ve elektromanyetik bant aralığı, üst katman veya frekans seçici yüzey gibi meta malzeme temelli anten tasarımları da araştırmacılar tarafından mikroşerit antenlerde kullanılan kazanç artırıma tekniklerinden bazılarıdır. Bu tez çalışmasında, gelecek nesil 5G mobil haberleşme cihazlarına yönelik 3 farklı mimari kullanılarak toplamda sekiz log-periyodik yama anten tasarımı sunulmuştur. Bu çalışmaların ilkinde, 6 GHz altı 5G uygulamalarına yönelik 3.3-4.2 GHz frekans aralığı için log-periyodik benzeri lineer azalan monopol bir yama anten yapısı tasarlanmıştır. Önerilen antenin log-periyodik yapısı, dipol (çift kutup) yerine monopol (tek kutup) olarak ve lineer mimari ile tasarlanmıştır. İkinci ve üçüncü anten çalışmasında, ilk tasarlanan log-periyodik monopol antene (LPMA) kanal kapasitesini artırmak için sırasıyla 4 ve 8 elemanlı MIMO mimarileri uygulanmıştır. Bu iki MIMO antenin de toprak düzlemlerindeki farklılıklar sayesinde çalışma bantlarına ikişer bant daha eklenerek çoklu bant anten sistemine dönüşmüştür. Bu ilk mimari ile tasarlanan üç LPMA'da 1.6 mm kalınlık ve 4.3 bağıl geçirgenliğe sahip FR4 alttaş kullanılmıştır. İkinci log-periyodik geometri ile elde edilen çalışmada, n258 bandı için geleneksel log-periyodik dipol antenden (LPDA) farklı olarak dipol elemanlarının çapraz olmayan şekilde yerleştirildiği özgün bir LPDA tasarlanmış ve iki elemanlı bir MIMO anten sistemi olarak uygulanmıştır. Üçüncü özgün log-periyodik anten mimarisinde ise, log-periyodik elemanları ilk çalışmada olduğu gibi tek düzlemde bulunmakta diğer düzlemde de kısmi bir dikdörtgen toprak düzlemi yer almaktadır. Önerilen anten mimarisinin yama kısmında yer alan her bir log-periyodik eleman, çeyrek dalga boyunda iki şerit hattın 90° açıyla birleştirilmesi ile çentikli LPMA (ÇLPMA) yapısı elde edilmiştir. Elde edilen bu son mimari ile 5G mm-dalga çalışma bölgesinde 28 GHz, 26/28 GHz ve 26/39 GHz bantlarında 3 farklı kombinasyon ile iki portlu MIMO tasarımları sunulmuştur. Mm-dalga bantları için tasarlanan LPDA ve ÇLPMA MIMO anten yapılarında dielektrik alttaş olarak bağıl geçirgenliği 2.2 ve kalınlığı 0.508 mm olan Rogers RT 5880 kullanılmıştır. Ayrıca, mm-dalga frekans bölgesinde artan atmosferik kayıpların etkisini azaltmak adına LPDA ve ÇLPMA mimari ile tasarlanan antenlere FR4 ve Rogers RO3003 dielektrik alttaşlar ile oluşturulan üst katman ve frekans seçici yüzeylerin eklenmesi ile %50'nin üzerinde kazanç artırımları gerçekleştirilmiştir. Tez çalışmasında yer alan son anten sisteminde, ilk ve üçüncü tasarımdaki log-periyodik mimarilerinin katmanlı bir şekilde birleştirilmesi ile 12 elemanlı bir MIMO anten yapısı tasarlanmıştır. Çoklu bant olarak tasarlanan katmanlı anten yapısında, üst katmanda 4 adet üçgen şekilli LPMA'dan oluşan bir MIMO sistemi bulunmakta ve 3.3-3.8 GHz frekans aralığında çalışmaktadır. Alt katmanda yer alan ÇLPMA yapısında ise 26 GHz ve 39 GHz rezonanslı toplamda 8 elemandan oluşan bir MIMO anten sistemi yer almaktadır. Bu son anten sisteminde de, üstte yer alan FR4 tabakası alt katmanda bulunan mm-dalga antenler için bir üst katman gibi davranarak anten kazancını yükseltmektedir.
Yüksek kazançlı mikroşerit ve horn anten yapıları ile fikse edilmiş kanserli dokuların tespiti
Patoloji, özellikle kanser hastalıklarının teşhis ve tedavisinde önemli olan bir bilim dalıdır. Hastalardan alınan doku örneklerinin patologlar tarafından doku analizinin yapılması ile patolojik raporlar hazırlanır. Bu raporlar hem hasta hem de doktor için hastalığa dair bilgileri içermesinden dolayı önemlidir. Ancak günümüzde bu raporlara ulaşmak haftalar hatta aylar sürebilmektedir. Özellikle hasta ve numune sayısı düşünüldüğünde acil durumda olan hastalar için rapora ulaşma süreleri önem arz etmektedir. Patologların bazen bir numune için saatlerini harcıyor olması, buna bağlı olarak gelişen yorgunluk ve insani durumları da göz önüne alındığında raporların doğruluğunun incelenmesi söz konusu olmaktadır. Bu amaçla çeşitli çalışmalar bulunmaktadır. Anten yapıları ile patolojik doku örneklerinin kanser teşhisine yönelik kullanılması düşüncesi tez çalışmasının konusu olmuştur. Böylelikle tez çalışması ile tasarlanan ve üretimi gerçekleştirilen anten yapıları ile patolojik doku örneklerinden elde edilen normal ve kanser dokularına yönlendirilen elektromanyetik ışıma değişimleri incelenmiştir. Biyomedikal alanda kullanılan anten yapıları son yıllarda oldukça önem kazanmıştır. Anten yapılarının çeşitli türleri araştırılmakta ve geliştirilmektedir. Biyomedikal alanda kullanılan anten yapılarında çeşitli özellikler aranmaktadır. Bunlardan bazıları, kazancının ve yönlülüğünün yüksek olması, empedans uyumunun tam olması, verimliliğinin yüksek olmasıdır. Kullanılan anten yapısının amacına uygun olarak içindeki ortama zarar vermemesi gerekmektedir. Bahsedilen ortam çalışmalarda kurgulanan fantomlar ya da giyilebilir uygulamalardaki canlı dokular olarak ifade edilebilir. Biyomedikal alanda anten yapılarının kullanım alanları incelendiğinde, bu tez çalışmasında anten yapılarının patolojik doku örnekleri üzerindeki etkisi ise çalışmanın konusu olmuştur. Mikroşerit yama ve horn yapılı antenler söz konusu probleme yönelik biçimde tasarlarmış ve test düzenekleri oluşturularak sonuçlar değerlendirilmiştir. Çalışmanın verimliliğini artırmak amacıyla antenlerin kazanç değerlerinin ve dolayısı ile yönlülük değerlerinin yüksek olmasına dikkat edilmiştir. Ölçümü yapılan patolojik doku örneklerinin ölçüm sırasında zarar görmemesi için boş uzay ölçüm tekniği kullanılmıştır. Ölçüm tekniğine dayanılarak yapılan tasarım ve uygulamalarla gerçekleştirilen anten yapılarından elde edilen sonuçların analizleri değerlendirilerek tez çalışması ile literatüre sunulmuştur. Numunelerin tamamının üzerine, kurgulanan test düzenekleri üzerinde uygulanmış olan elektromanyetik ışınımların saçılma (S) parametreleri, elde edilen sonuçlardır. Saçılma parametreleri sonuçları üzerinde normalizasyon işlemleri (test düzeneği, gürültü vb. etkileri elimine etmek için) yapılarak sonuçların normal ve kanserli dokular için anlamlı olması sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlarla, patolojik normal ve tümörlü doku örneklerinin farklılıkları açıkça ortaya konulmuştur. Bu farklılıklar şekil ve çizelgeler yardımıyla gösterilmiştir. Farklılıkların net olarak ifade edildiği normalize edilmiş S-parametreleri ile gösterilerek çalışmanın önemi vurgulanmıştır.
Metamalzeme tabanlı plazmonik nanoantenler ile mükemmel soğurucu tasarımı ve analizi
Günümüzde nanoteknoloji alanında yapılan AR-GE çalışmaları ve araştırma merkezlerinin bu konuya ayırdığı ilgi alaka ve maddi destek artmaktadır. Kısa bir literatür taraması yapıldığında yüzeyi geliştirilmiş raman spektroskopisi (SERS), kızılötesi soğrulma spektroskopisi (SEİRA) gibi spektroskopi yöntemleri, nanoantenler ve mükemmel soğurucularla ilgili araştırılmaların yapıldığı ve araştırmalarında devam ettiği görülmektedir. Plazmonik nanoyapıların mühendisliği, son zamanlarda yüzey destekli algılama yoluyla biyoalgılama için güçlü bir zemin oluşturmuş ve moleküler çalışmalarda yeni uygulamaları teşvik etmiştir. Özellikle, tasarlanmış plazmonik nanoyapılara sahip SEIRA, uzak alan ölçümleriyle ince bir molekül katmanının farklı kızılötesi titreşim izlerini tespit etme konusunda benzersiz bir yeteneğe sahiptir. Metamalzemeler, doğada bulunmayan yapay malzemelerdir. Nano boyuta sahip materyaller yapay şekilde elde edildiğinde metamalzeme olarak düşünülebilir. Bunlara örnek, nanoantenlerde kullanılan altın, gümüş, alüminyum gibi metaller verilebilir. Gümüş hem görünür hem yakın-kızılötesi, hem de diğer dalga boylarında akım malzemelerinin en düşük kayıplarını sergilediği bölgelerdir. Alüminyum, görünür dalga boylarında çok az bir avantaja sahiptir. Altın ise görünür ve yakın-kızılötesinde eşit derecede iyi performans gösterir. Alüminyumun hem gümüş hem de altın üzerinde, doğal ortamlarda kimyasal olarak kararlı olması, onu plazmonik biyosensörler için çok uygun hale getirme avantajı vardır. Bununla birlikte, ~470 nm'de bir bantlar arası geçiş, 600 nm'nin altındaki dalga boylarında altındaki kayıpları büyük ölçüde artırır. Alüminyum, ultraviyole rejiminde (<330 nm) en iyi plazmonik malzemedir. Her biyosensör tabanlı nanoantenin sahip olduğu seçicilik, tekrarlanabilirlik, kararlılık, duyarlılık ve doğrusallık gibi nitelikleri vardır. Bu tez çalışmasında bu özellikler dikkate alınarak, 3 farklı iletken (Altın, Gümüş ve Alüminyum) ve 3 farklı dielektrik (SiO2, MgF2 ve AlO2) malzeme kullanılarak, "Metamalzeme Tabanlı Plazmonik Nanoantenler ile Mükemmel Soğurucu Tasarımı ve Analizi" yapılmıştır. Tezin ilk giriş kısmında farklı kimyasal analiz örnekleri hakkında kısa bilgiler verilmiş ve yapılan çalışmaların amaçlarıyla birlikte analiz örnekleri belirtilmiştir. Kullanılan metallerin genel özellikleri verilmiş, yapılan mükemmel soğurucular birbiri ile kıyaslanmış ve en iyi soğrulmaya sahip 3 nanoanten ile DNT ve PMMA moleküllerinin algılana bilirlikleri ortaya konulmuştur. Yapılan denemeler sonucunda altın ve gümüş kullanılan nanoantende barın (yama) sağ ve sol uzunlukları artırıldığı zaman soğrulmanın arttığı, alüminyum kullanılan nanoantenlerde ise soğrulmanın azaldığı görülmüştür. Sonuç olarak en iyi soğrulma AlSiO2AL (Alüminyum Silika) yapısındaki MIM (Metal İnsulator Metal) nanoanten yapısında bulunmuş ve tasarlanan antenler kızılötesi spektroskopi için uygun görülmüştür. Yapılan tez çalışması gelecekteki çalışmalara yön verebileceği düşünülmektedir.
Mayın tespitine yönelik farklı toprak yapıları için mikroşerit anten tasarımı ve uygulaması
Günümüzde mayın nedeniyle çoğunlukla sivil, ayda yaklaşık olarak 600 kişi ya ölmekte ya da sakat kalmaktadır. Mayınlar, askeri eylemler sona erdikten uzun süre sonra bile ölümcül olmaya devam etmekte aynı zamanda insani bir felakete dönüşmektedir. Zaman içerisinde teknolojinin gelişimi ile birlikte anti-tank ve anti-personel kara mayınları tespit edilemeyecek şekilde tasarlanmaya başlanmıştır. Gelişen teknoloji ile birlikte belirlenmesi oldukça zor olan bu düşük metalik içerikli mayınların tespiti için çok çeşitli yöntem ve sensörler geliştirilmiştir. Metal ve plastik içerikli yapılara duyarlı bu sensörler, madde ve kimyasal analiz, termal görüntüleme ve yer altı radar sensörleri gibi çeşitlilikte geliştirilmiştir. Fakat bu sensörlerin çok az bir kısmı, belirli koşullarda iyi sayılabilecek performans gösterseler de, istenen ölçüde tespit yapamamaktadırlar. Bunun nedeni ise mayınların oldukça fazla çeşitlilikte olması ve mayının yerleştirildiği ortamdır. İklim, toprağın çeşitliği, bitki örtüsü gibi çevresel koşulların belirlenip, sensör yapısına bu çevresel koşulların etkilerinin göz önüne alınarak sensörlerin tasarlanması gerekmektedir. Bu gereklilikler düşünülerek bu doktora çalışması ile çevre koşulları temelinde mayın tespitinin yapılması öncelenmiş ve mayın tespiti ile birlikte toprak tipinin de etkisi araştırılmıştır. Çalışmada toprak etkisinin mayının varlığı ve yokluğu durumlarında belirlenmesi için 1-13 GHz aralığında bir mikrodalga anten düzeneği geliştirilmiştir. Düzenekte kullanılan alıcı ve verici antenler 9 GHz rezonans frekansında tasarlanıp üretilmiştir. Antenle gönderilip alınan sinyal ile, dört farklı tipteki toprak için mayın varlığı ve yokluğu durumları, geliştirilen deney düzeneği ile belirlenmiştir. Deneylerde, farklı arazilerden tedarik edilen killi, kumlu, tuzlu ve kırmızı toprak, gerçeklerine benzetilerek tasarlanan silindirik yapıda 20x4.5 cm boyutlarında epoksi içerikli pasif bir mayın ve ölçümler için VNA kullanılmıştır. Deney düzeneği için oluşturulan şartlar, mayın tespitinde toprağın etkisinin belirlenmesine yönelik senaryoyu içermektedir. Bu sebeple ışıyıcı bir anten kullanılarak alınan veriler, toprak yüzeyinden 2, 5 ve 10 cm mesafelerinden alınan verilerdir. Bu mesafeler yakın ve uzak alan sınırları dikkate alınarak belirlenen mesafelerdir. Mayın varken ve yokken tekrarlanan deneylerde, mayın toprak yüzeyine 15 cm mesafede konumlandırılmıştır. Deney sürecinde alınan elektriksel sonuç verileri, S11 ve S21 saçılma parametresi verileri ve bunlara karşılık gelen frekans verileridir. Mayının varlığında ve yokluğunda elde edilen sonuçların değiştiği ve dolayısıyla mayının tesbit edilebildiği ve her toprak için bu tespitin farklı olduğu belirlenmiştir. Tezde hedeflenen amaç ve tez çalışma konusu ile ilgili bugüne kadar yapılan çalışmaları özetleyen kaynak araştırması birinci bölümde özetlenmiştir. İkinci bölümde, materyal ve yöntem anlatılmıştır. Üçüncü bölümde, deney düzeneğinin ve deneyin yapılışının da anlatıldığı araştırma sonuçları ve tartışma yapılmıştır. Son bölümde, elde edilen araştırma sonuçları değerlendirilmiş ve önerilerde bulunulmuştur. Deneylerden alınan sonuçlarla, hem mayının tespit edilebildiği gösterilmiş, hemde toprak tipinin değişmesi ile mayın tespitinin farklılıkları gösterilmiştir. Burada sunulan sonuçlar, analiz sonuçlarına göre seçilen dört farklı toprağın mayın tespitindeki etkisinin çevre koşullarına göre belirlenip değerlendirilmesidir. Değerlendirmeye tabi daha farklı etkenler ve yöntemler kullanılabilir. Elde edilen sonuçlar kullanılarak bir model geliştirilip bir cihaza dönüştürülebilir. Ayrıca yapay zeka algoritmaları kullanılarak ta, eksik olarak düşünülen koşulların etkisi de araştırılabilir. Anahtar Kelimeler: Dielektrik, Mayın, Mikroşerit Anten, Toprak