COMPUTING RESONANT FREQUENCY OF H-SHAPED COMPACT MICROSTRIP ANTENNAS OPERATING AT UHF BAND BY USING ARTIFICIAL NEURAL NETWORKS

Öz

In this study, resonant frequency of H-shaped compact microstrip antennas (HCMA) operating at UHF band is computed by artificial neural network (ANN) based on the multilayer perceptrons (MLP). The resonant frequencies of 216 HCMA having different electrical and physical parameters are determined by simulating with the use of electromagnetic packaged software based on finite-difference time domain method (FDTD). 196 HCMA are employed for training while 20 HCMA are used for testing ANN. For training and testing, average
percentage error values are obtained as 0.68 % and 0.84 %, respectively. Furthermore to point out the validity and accuracy of ANN, simulation and measurement resonant frequency results given in the studies presented in literature, and measurement results of the HCMA designed in this study are also utilized and the average percentage error is obtained as 1.18 % and 1.20 %, respectively. The results achieved in this work illustrate that ANN based on MLP can be successfully used to determine the resonant frequency of HCMA. 

Anahtar Kelimeler

• Microstrip Antenna,Compact Microstrip Antenna,H Shaped Compact Microstrip Antenna,Resonant Frequency,Artificial Neural Network,Multilayer Perceptrons

UHF BANDINDA ÇALIŞAN H ŞEKİLLİ KOMPAKT MİKROŞERİT ANTENLERİN REZONANS FREKANSININ YAPAY SİNİR AĞLARI KULLANARAK HESAPLANMASI

Öz

Bu çalışmada, UHF bandında çalışan H şekilli kompakt mikroşerit antenlerin (HKMA) rezonans frekansı, çok
katmanlı algılayıcılara (ÇKA) dayanan yapay sinir ağları (YSA) ile hesaplanmıştır. Fiziksel ve elektriksel parametreleri farklı 216 adet HKMA’nın simülasyonu, FDTD (Finite Difference Time Domain) yöntemini kullanan bir elektromanyetik simülasyon programı ile yapılmış ve her bir anten için rezonans frekansı değeri belirlenmiştir. Bu antenlerin 196’sı, YSA modelinin eğitilmesinde kullanılırken geriye kalan 20’si ise test edilmesinde kullanılmıştır. Oluşturulan YSA modelinde, eğitim ve test için ortalama yüzde hata değerleri, sırasıyla, % 0,68 ve % 0,84 olarak elde edilmiştir. Ayrıca, YSA yapısının doğruluğunu ve geçerliliğini göstermek için, literatürde sunulan bazı çalışmalarda verilen simülasyon ve ölçüm sonuçları ile bu çalışmada tasarlanan HKMA’nın ölçüm sonuçları da test amacıyla kullanılmış ve ortalama yüzde hata değerleri, sırasıyla % 1,18 ile % 1,20 olarak elde edilmiştir. Bu sonuçlar, ÇKA’ya dayanan YSA’nın, HKMA’ların rezonans frekansının belirlenmesinde başarılı bir şekilde kullanılabileceğini göstermektedir.

Anahtar Kelimeler

• Mikroşerit Anten, Kompakt Mikroşerit Anten, H Şekilli Kompakt Mikroşerit Anten, Rezonans Frekansı, Yapay Sinir Ağları, Çok Katmanlı Algılayıcılar

Kaynakça

1. Sainati, R. A., CAD of Microstrip Antennas for
2. Wireless Applications, Artech House, Nowood,
3. MA, 1996.
4. Garg R., Bhartia P., Bahl I. ve Ittipiboon A.,
5. Microstrip Antenna Design Handbook,
6. Londra, Artech House, 2001.
7. Kumar G. ve Ray K.P., Broadband Microstrip
8. Antennas, USA, Artech House, 2003.

9. Sagiroglu S. ve Guney K., “Calculation of
10. Resonant Frequency for an Equilateral Triangular
11. Microstrip Antenna with the Use of Artificial
12. Neural Networks”, Microw Opt Techn Let, Cilt.
13. , 89-93, 1997.
14. Guney K. ve Gultekin S.S., “Artificial Neural
15. Networks For Resonant Frequency Calculation of Rectangular Microstrip Antennas with Thin and
16. Thick Substrates”, Int J Infrared Milli, Cilt 25,
17. No 9, Eylül 2004.
18. Turker N., Gunes F. ve Yildirim T., “Artificial
19. Neural Design of Microstrip Antennas”, Turk J
20. Elec Engine, Cilt 14, No 3, 2006.
21. Malathi P. ve Kumar R., “On The Design of
22. Multilayer Circular Microstrip Antenna using
23. Artificial Neural Network”, International
24. Journal of Recent Trends in Engineering, Cilt.
25. , No 5, Kasım 2009.
26. Thakare V. V. ve Singhal P., “ Microstrip
27. antenna design using artificial neural networks”,
28. Int J RF Microwave Computer-Aided
29. Engineering, Cilt 20, 76-86, 2010.
30. Tighilt Y., Bouttout F. ve Khellaf A., “Modeling
31. and design of printed antennas using neural
32. networks”, Int J RF Microwave Computer-
33. Aided Engineering, Cilt 21, 228–233, 2011.
34. Paulson M., Kundukulam S.O., Aanandan C.K.
35. ve Mohanan P., “Resonance Frequencies of
36. Compact Microstrip Antenna”, Electron Lett,
37. Cilt 37, 1151–1153, 2001.
38. Gao, S.C., Li, L. W., Leong, M. S. ve Yeo, T. S.
39. “Analysis of an H-Shaped Patch Antenna by
40. using FDTD Method”, Prog Electromagn Res,
41. Cilt 34, 165-187, 2001.
42. Sheta A.F., Mohra A. ve Mahmoud S.F., “Multiband
43. Operation of a Compact H-Shaped
44. Microstrip Antenna”, Microw Opt Techn Let,
45. Cilt 35, 363–367, 2002.
46. Deshmukh A.A. ve Kumar G., “Formulation of
47. Resonant Frequency for Compact Rectangular
48. Microstrip Antennas”, Microw Opt Techn Let,
49. Cilt 49, 498–501, 2007.
50. Bhunia S., Sarkar D. ve Biswas S., “Reduced
51. Size Small Dual and Multi-frequency Microstrip Antennas”, Microw Opt Techn Let, Cilt 50,
52. –965, 2008.
53. Akdagli, A. C. Ozdemir, S. Yamacli, ve C. C.
54. Arcasoy, “Improved Formulas for the Resonant
55. Frequencies of Dual Frequency Arrow Shaped
56. Compact Microstrip Antenna”, Microwave Opt
57. Technol Lett, Cilt 50, 62-65, 2008.
58. Toktas A., Farksal Gelişim Algoritması
59. Kullanarak H Şekilli Mikroşerit Antenlerin
60. Rezonans Frekansının Hesaplanması, Yüksek
61. Lisans Tezi, Mersin Üniversitesi, Fen Bilimleri
62. Enstitüsü, Mersin, Türkiye, 2009.
63. Akdagli, A. ve A. Toktas, “A Novel Expression
64. in Calculating Resonant Frequency of H-Shaped
65. Compact Microstrip Antennas Obtained by using
66. Artificial Bee Colony Algorithm”, J
67. Electromagnet Wave, Cilt 24, No 14-15, 2049-
68. , 2010
69. Bhattacharyya, A. K. ve Garg, R., “A
70. Generalized Transmission Line Model for
71. Microstip Patches”, IEE Proc Microwave
72. Antennas Propag, Cilt132, No 2, 93–98, 1985.
73. Richards, W. F., Lo, Y. T. ve Harrisson, D. D.,
74. “An Improved Theory for Microstrip Antennas
75. and Applications” IEEE T Antenn Propag, Cilt
76. , 38–46, 1981.
77. Harrington, R. F., Field Computation by
78. Moment Methods, IEEE Press, Piscataway, NJ,
79. -
80. Taflove, A., Computational Electrodynamics The
81. Finite – Difference Time Domain Method,
82. Artech House, Boston, 1995
83. XFDTD, Remcom Inc., State College, PA,
84. versiyon 6.0, 2008.
85. Haykin S., Neural Networks: A Comprehensive
86. Foundation, Macmillan College Publishing
87. Company, New York, A.B.D., 1994.