Empedans silindirinin elektriksel parametre ve boyutunun tek aydınlatma/tek ölçümlü bir sistemle kestirimi

Yıl 2020, Cilt: 35 Sayı: 2, 743 - 752, 25.12.2019

Semih Doğu Mehmet Nuri Akıncı Ersin Göse

https://doi.org/10.17341/gazimmfd.512712

Öz

Bu çalışmada bir empedans silindirinin elektriksel parametre ve boyutlarının mikrodalga frekansındaki ölçümlerden Newton Yöntemi elde edilmesi ele alınmıştır. Bu amaçla, dairesel ve sabit bir empedansa sahip bir cismin düzlem dalga ile aydınlatıldığında saçtığı elektromanyetik dalgaların türetilmesi verilmiştir. Bu adımda saçıcı cismin z ekseni yönünde sonsuz olduğu ve gelen düzlem dalganın elektrik alanının z eksenine paralel olduğu varsayılıp saçılma problemi iki boyutlu enine manyetik (2D-TMz) olarak kabul edilmiştir. Bu varsayımlar altında, gelen düzlem dalganın elektrik alanı Bessel fonksiyonlarının bir toplamı şeklinde yazılırken saçılan elektrik alan Helmholtz denkleminin gereği olarak Hankel fonksiyonlarının bir serisi şeklinde açılmıştır. Daha sonra, saçılan alandaki bilinmeyen katsayılar cismin yüzeyi üzerinde sınır koşulu uygulayarak belirlenmiştir. Bundan sonra, ters problem aşamasında ise saçıcı cismin empedansı ve yarıçapının belirlenmesi hedeflenmektedir. Bu amaçla cisimden saçılan elektrik alanlar bir noktada değişik frekanslarda ölçülüp kaydedilmiştir. Daha sonra Newton Yöntemini uygulamak için cismin yarıçapı ve empedansı belirli bir ilk değer ile başlatılmış ve bu ilk değerler ile bir saçılan alan hesaplanmıştır. Ölçülen alan ile saçılan alan arasındaki fark saçılan alanın türevlerinden oluşan bir matrise bölünerek elektriksel parametreler ve yarıçaptaki değişim miktarı elde edilmiştir. Bu değişim miktarları ilgili değerlere eklenip yeni kestirim değeri elektriksel parametreler ve yarıçapları için elde edilmiştir. Bu süreç ölçülen elektrik alan ile hesap edilen alan arasındaki fark belirli eşik değerden düşük olana kadar devam etmiş ve bu şekilde tüm parametreler için bir kestirim elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar göstermektedir ki bu yöntem ile empedans silindirinin parametreleri kısıtlı açıklıklı – geniş frekanslı ölçümler ile elde edilebilmektedir.

Anahtar Kelimeler

Newton's Method, Microwave Imaging

Kaynakça

• 1. Nikolova N.K., Introduction to Microwave Imaging, Cambridge University Press, Birleşik Krallık, 2017.2. Akıncı M.N., An Efficient Sampling Method for Cross-Borehole GPR Imaging, IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., 15 (2), 1857-1861, 2018.3. Catapano I., Crocco L., A Qualitative Inverse Scattering Method for Through-the-Wall Imaging, IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., 7 (4), 685-689, 2010.4. Doğu S., Dilman İ., Çayören M., Akduman İ., Imaging of Pulmonary Edema with Microwaves — Preliminary Investigation, 10. Uluslararası Katılımlı Elektrik-Elektronik ve Biyomedikal Mühendisliği Konferansı, Bursa-Türkiye, 1054-1057, 30 Kasım-2 Aralık, 2017.5. Mudanyalı O., Yıldız S., Semerci O., Yapar A., Akduman İ., A Microwave Tomographic Approach for Nondestructive Testing of Dielectric Coated Metallic, IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., 5 (2), 180-184, 2008.6. Chew W.C., Waves and Fields in Inhomogeneous Media, IEEE Press, New York, A.B.D., 1995.7. Abubakar A., van den Berg P.M., The Contrast Source Inversion Method for Location and Shape Reconstructions, Inverse Prob., 18 (2), 495-510, 2002.8. Wang Y.M., Chew W.C., An Iterative Solution of the Two-Dimensional Electromagnetic Inverse Scattering Problem, Int. J. Imaging Syst. Technol., 1 (1), 100-108, 1989.9. Chew W.C., Wang Y.M., Reconstruction of Two-Dimensional Permittivity Distribution Using the Distorted Born Iterative Method, IEEE Trans. Med. Imaging, 9 (2), 218-225, 1990.10. Chen X., Subspace-Based Optimization Method for Solving Inverse-Scattering Problems, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 48 (1), 42-49, 2010.11. Azghani M., Kosmas P., Marvasti F., Microwave Medical Imaging Based on Sparsity and an Iterative Method With Adaptive Thresholding, IEEE Trans. Med. Imagin, 34 (2), 357-365, 2015.12. Anselmi N., Salucci M., Oliveri G., Massa A., Wavelet-Based Compressive Imaging of Sparse Targets, IEEE Trans. Antennas Propag., 63 (11), 4889-4900, 2015.13. Bucci O.M., Cardace N., Crocco L., Isernia T., Degree of Nonlinearity and a New Solution Procedure in Scalar Two-Dimensional Inverse Scattering Problems, 18 (8), 1832-1843, 2001.14. Budko N.V., van den Berg P.M., Characterization of a Two-Dimensional Subsurface Object With an Effective Scattering Model, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 37 (5), 2585-2596, 1999.15. Budko N.V., van den Berg P.M., Two-Dimensional Object Characterization With an Effective Model, Journal of Electromagnetic Waves and Applications, 12 (2), 177-190, 1998.16. Akıncı M.N., Çayören M., Akduman İ., Crocco L., A Simple Approach for Estimating the Effective Electric Parameters of 2-D Targets, IEEE Trans. Antennas Propag., 66 (4), 2026-2034, 2018.17. Akıncı M.N., Çayören M., Akduman İ., Near-Field Orthogonality Sampling Method for Microwave Imaging: Theory and Experimental Verification, IEEE Trans. Microwave Theory Tech., 64 (8), 2489-2501, 2016.18. Budko N.V., van den Berg P.M., Estimation of the Average Contrast of a Buried Object, Radio Sci., 35 (2), 547-555, 2000.