FDFD(4) YÖNTEMİ İLE RASTGELE ŞEKİLLİ CİSİMLERDEN ELEKTROMANYETİK SAÇILMA DEĞERLERİNİN HESAPLANMASI



Benzer belgeler
BÖLÜM 4 YAPISAL ANALİZ (KAFESLER-ÇERÇEVELER-MAKİNALAR)

Bakışımsız Levhada Bir- ve İki-Döngülü Kare Helezon Frekans Seçici Yüzeylerin Yansıma ve İletim Katsayıları

Polinom Tabanlı Diferansiyel Alan Hesabı Metodu (PDQM) nun İki Boyutlu Elektromanyetik Probleme Uygulanması

NÜMERİK ANALİZ. Sayısal Yöntemlerin Konusu. Sayısal Yöntemler Neden Kullanılır?!! Denklem Çözümleri

I ) MATEMATİK TEMELLER

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM FİNAL PROJE ÖDEVİ

F. ŞEN. Dokuz Eylül Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Makine Müh. Bölümü İZMİR

Mühendislik Fakültesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Arş. Gör. KAZIM EVECAN

Maddesel Nokta Statiği 2.1. HAFTA. Đçindekiler S T A T İ K :

DEĞİŞKEN KESİTLİ TIMOSHENKO KİRİŞİNİN SERBEST TİTREŞİM ANALİZİ FREE VIBRATION ANALYSIS OF TIMOSHENKO BEAM WITH VARIABLE CROSS-SECTION

I ) MATEMATİK TEMELLER

YARI-KÜRESEL ENGEL KONULAN BİR KANAL İÇERİSİNDE ISI GEÇİŞİ VE AKIŞIN SAYISAL İNCELENMESİ

Dairesel Dalga Kılavuzlarının 2 Boyutlu FDTD Yöntemi le Modellenmesi

Mehmet Burak ÖZAKIN, Serkan AKSOY

Işığın Modülasyonu HSarı 1

DEĞİŞİK GEOMETRİLERDEKİ LAMİNER AKIŞ ALANLARININ KOORDİNAT DÖNÜŞÜMÜ İLE HESAPLANMASI

BÖLÜM 3: İLETİM HAT TEORİSİ

ELASTOHİDRODİNAMİK YAĞLAMADA YATAK MAKROGEOMETRİSİNİN PERFORMANS KARAKTERİSTİKLERİNE ETKİSİ

2. İKİ BOYUTLU MATEMATİKSEL MODELLER

ENERJİ SİSTEMLERİNDE KESME YÖNTEMİ İLE GÜVENİLİRLİK ANALIZI

Birleşik Isı -Güç Sistemlerinde Proses Sıcaklığı Değişiminin Elektrik ve Isı Üretimi Üzerine Etkileri

YUTUCU KESİK SİLİNDİRİN KENARINDAN KIRINAN ÜNİFORM ALANLARIN SINIR KIRINIM DALGASI TEORİSİ İLE HESABI

ÇIRPAN KANAT KESİTLERİNDE İTKİNİN YAPAY ZEKA İLE ENİYİLEŞTİRİLMESİ

10. Ders Akusto- ve Magneto-Optik Etkiler

Düzlem Elektromanyetik Dalgalar

DİELEKTRİK ORTAM ÜZERİNE YERLEŞTİRİLMİŞ PERİYODİK KARE VE DAİRE YAPILI FREKANS SEÇİCİ YÜZEYLERİN 1800 MHZ. İÇİN KALKANLAMA ETKİNLİĞİ

T.C. İZMİR KÂTİP ÇELEBİ ÜNİVERSİTESİ BİLİMSEL ARAŞTIRMA PROJELERİ KOORDİNASYON BİRİMİ

Algoritma, Akış Şeması ve Örnek Program Kodu Uygulamaları Ünite-9

BLM 426 YAZILIM MÜHENDİSLİĞİ BAHAR Yrd. Doç. Dr. Nesrin AYDIN ATASOY

Fotovoltaik Enerji Sistemleri için Maksimum Güç Noktası Takip Algoritmalarının Karşılaştırılması

YAKIN RESİM FOTOGRAMETRİSİ YÖNTEMLERİYLE KOORDİNAT BELİRLEME

Askeri Hedeflerin Radar Ara Kesitlerinin (RCS) Hesaplanması ve Görünmezlik (Stealth) Tekniklerinin Geliştirilmesi

ARACA MONTELİ İLERİ BAKAN YERE NÜFUZ EDEN RADAR SİSTEMLERİNİN ZUSF YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ

Sığa ve Dielektrik. Bölüm 25

Çizge Boyama Problemleri İçin Evrimsel Tabu Arama Algoritması (ETA) Evolutionary Tabu Search Algorithm for Graph Coloring Problem (ETA) ÖZET

1. YARIYIL / SEMESTER 1 2. YARIYIL / SEMESTER 2

1/1000 ÖLÇEKLİ KADASTRO PAFTALARININ KARTOGRAFİK YÖNTEMLERLE SAYISAL HALE DÖNÜŞTÜRÜLMESİ VE DOĞRULUK ANALİZİ

Newtoniyen olmayan bir akışkanın iki paralel levha arasındaki akışına viskoz ısınmanın etkisi

Çoğul-Değerli Fonksiyonların Almost D-Süreklilikleri Üzerine

Şekil 1: Direnç-bobin seri devresi. gerilim düşümü ile akımdan 90 o ileri fazlı olan bobin uçlarındaki U L gerilim düşümüdür.

SBS MATEMATİK DENEME SINAVI

11. SINIF SORU BANKASI. 1. ÜNİTE: KUVVET VE HAREKET 1. Konu VEKTÖRLER TEST ÇÖZÜMLERİ

ELEKTRONİK DEVRELERİN MODELLENMESİNDE YÜKSEK BAŞARIMLI BİLGİ TABANLI YAPAY SİNİR AĞLARININ KULLANIMI

Dahili Bobinlerin En İyi İçsel Sinyal/Gürültü Oranı Kullanılarak Değerlendirilmesi

Vektörler. Skaler büyüklükler. Vektörlerin 2 ve 3 boyutta gösterimi. Vektörel büyüklükler. 1. Şekil I de A vektörü gösterilmiştir.

VEKTÖRLER KT YRD.DOÇ.DR. KAMİLE TOSUN FELEKOĞLU

KONU 13: GENEL UYGULAMA

İnsan Kaynakları Yönetimine İş Süreçleri Yaklaşımı

MATRİS METODU İLE KÖPRÜ KABLOLARINA DÜZENLİ GERGİ UYGULAMASI

1998 ÖYS. 1. Üç basamaklı bir x doğal sayısının 7. iki basamaklı bir y doğal sayısına eşittir. Buna göre, y doğal sayısı en az kaç olabilir?

Chapter 1 İçindekiler

İletim Hattı Matrisi yöntemi ile ekranlama etkinliği ve özgül soğurma oranı hesabı

KOCAELİ ÜNİVERSİTESİ Mühendislik Fakültesi Makina Mühendisliği Bölümü Mukavemet I Final Sınavı

Elektromanyetik Dalga Teorisi

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

BULANIK MANTIK SİSTEMİNE DAYALI UYARLANIR AĞ İLE ELEKTRİKSEL OLARAK İNCE VE KALIN DİKDÖRTGEN MİKROŞERİT ANTENLERİN REZONANS FREKANSININ HESAPLANMASI

Bölüm 1. Tasarım. Bölüm 1. Makine Mühendisliği Tasarımına Giriş

DERS BİLGİLERİ. D+U+L Saat. Kodu Yarıyıl ELEKTROMAGNETİK TEORİNİN ANALİTİK ESASLARI. EE529 Güz Ön Koşul Dersleri. Dersin Koordinatörü

3.2. Euler Yüksek Mertebeden Değişken Katsayılı Diferansiyel Denklemi

Mayın Tespit Sistemlerinin Elektromanyetik Olarak Modellenmesi

Waveguide to coax adapter. Rectangular waveguide. Waveguide bends

TAŞIMA GÜCÜ. γn = 18 kn/m m YASD. G s = 3 c= 10 kn/m 2 φ= 32 o γd = 20 kn/m3. γn = 17 kn/m3. 1 m N k. 0.5 m. 0.5 m. W t YASD. φ= 28 o. G s = 2.

KONU: KURUMSAL YÖNETİM İLKELER (KURUMSAL YÖNETİM TEBLİĞİ SERİ II NO:17.1)

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

9. 22 özdeş bilyeyi iki farklı kutuya kaç değişik şekilde dağıtabiliriz? (Kutulardan biri boş olabilir.) toplamının sonucu kaçtır?

WLAN Kanalları İçin Bant Durduran Frekans Seçici Yüzey Tasarımı

Doç. Dr. Sabri KAYA Erciyes Üni. Müh. Fak. Elektrik-Elektronik Müh. Bölümü. Ders içeriği

A. BİÇİME İLİŞKİN ANALİZ VE DEĞERLENDİRME

KOÜ. Mühendislik Fakültesi Makine Mühendisliği ( 1. ve 2. Öğretim ) Bölümleri MÜH 110 Statik Dersi - 1. Çalışma Soruları 03 Mart 2017

MATERIALS. Basit Eğilme. Third Edition. Ferdinand P. Beer E. Russell Johnston, Jr. John T. DeWolf. Lecture Notes: J. Walt Oler Texas Tech University

AKDENİZ ÜNİVERSİTESİ JEOLOJİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

DİNAMİK İNŞ2009 Ders Notları

STATİK MÜHENDİSLİK MEKANİĞİ. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN. Behcet DAĞHAN

Dinamik Sistemlerin Yapay Sinir Ağları ile Düz ve Ters Modellenmesi

Üç ayrık ölçüme dayalı parabol algoritması ile termoelektrik modülün I max, V max ve E max parametrelerinin belirlenmesi

ZAMAN BÖLGESİNDE SONLU FARKLAR YÖNTEMİ İLE RADAR KESİT ALANI KESTİRİMİ. Funda ERGÜN YARDIM DOKTORA TEZİ ELEKTRİK-ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ

11. SINIF SORU BANKASI. 1. ÜNİTE: KUVVET VE HAREKET 1. Konu VEKTÖRLER TEST ÇÖZÜMLERİ

SIĞ SUDA YAN YANA SIRALI İKİ SİLİNDİR ARKASINDA OLUŞAN AKIŞ YAPISININ PASİF YÖNTEMLE KONTROLÜ 1

SÜLEYMAN DEMİ REL ÜNİ VERSİ TESİ MÜHENDİ SLİ K-Mİ MARLIK FAKÜLTESİ MAKİ NA MÜHENDİ SLİĞİ BÖLÜMÜ MEKANİK LABORATUARI DENEY RAPORU

FM561 Optoelektronik. Işığın Modülasyonu

Işık İleticiler: Optik Fiberler Yarıiletken Dalga Kılavuzları

Tekstil Endüstrisinde Kullanılan Kojenerasyon Sistemlerinin Kısmi Yüke Göre Verimliliğinin Karşılaştırılması

GaAs-TABANLI FİBER GLAS VE LAZERLERDE KILAVUZLANMIŞ ELEKTROMANYETİK ALAN MODLARININ ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ

Newton Metodu. Nümerik Kök Bulma. Mahmut KOÇAK ESOGU FEN-ED.FAK. MATEMATİK BÖLÜMÜ. mkocak

BELĐRLĐ BĐR SIKMA KUVVETĐ ETKĐSĐNDE BĐSĐKLET FREN KOLU KUVVET ANALĐZĐNĐN YAPILMASI

SAP2000 de önceden saptanan momentler doğrultusunda betonarme plak donatısı hesapları şu makale doğrultusunda yapılmaktadır:

STATICS. Equivalent Systems of Forces VECTOR MECHANICS FOR ENGINEERS: Seventh Edition CHAPTER. Ferdinand P. Beer E. Russell Johnston, Jr.

Cebir Notları. Karmaşık sayılar TEST I. Gökhan DEMĐR, 2006

TAŞIMA GÜCÜ. n = 17 kn/m3 YASD

1. YARIYIL / SEMESTER 1 2. YARIYIL / SEMESTER 2

GONIOFOTOMETRE TASARIMINDA KULLANILAN ÖLÇÜM DÜZLEMLERI VE BIR GONIOFOTOMETRE UYGULAMASI

DOĞRULUĞU ARTIRILMIŞ KARE-KÖK DEVRESİ İLE KURULMUŞ DÜŞÜK GERİLİME UYGUN İKİNCİ DERECEDEN ALÇAK GEÇİREN SÜZGEÇ TASARIMI

PİEZOELEKTRİK YAMALARIN AKILLI BİR KİRİŞİN TİTREŞİM ÖZELLİKLERİNİN BULUNMASINDA ALGILAYICI OLARAK KULLANILMASI ABSTRACT

3.5. Devre Parametreleri

YILDIZ TEKNİK ÜNİVERSİTESİ İNŞAAT FAKÜLTESİ HARİTA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ARAZİ ÇALIŞMASI - 2

TÜRKİYE TOPRAK ÜSTÜ TEK AĞAÇ VE MEŞCERE BİYOKÜTLE TABLOLARI

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... v

1. Hafta SAYISAL ANALİZE GİRİŞ

Posta Adresi: Sakarya Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi İnşaat Mühendisliği Bölümü, Esentepe Kampüsü/Sakarya

DÜZGÜN YAYILI YÜKE MARUZ ORTOTROPİK KOMPOZİT ANKASTRE KİRİŞTE SEHİM HESABI

Transkript:

Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Jurnal f the Facult f Engineering and Architecture f Gazi Universit Cilt 8, N, 3-9, 03 Vl 8, N, 3-9, 03 FDFD(4) YÖNTEMİ İLE RASTGELE ŞEKİLLİ CİSİMLERDEN ELEKTROMANYETİK SAÇILMA DEĞERLERİNİN ESAPLANMASI Lkman KUZU *, Orhan ŞENGÜL ** ve Erdem DEMİRCİOĞLU *** * Türksat Udu aberleşme Kabl TV ve İşletme AŞ, Ar-Ge ve Udu Tasarım Direktörlüğü, Gölbaşı, ANKARA ** TUBİTAK Uza Teknljileri Araştırma Enstitüsü, ODTÜ Yerleşkesi, 0653, ANKARA *** Ankara Üniversitesi, Elektrik - Elektrnik Mühendisliği Bölümü, Tandğan, ANKARA lkuzu@turksat.cm.tr,drrhansengul@gmail.cm, demirciglu@ankara.edu.tr (Geliş/Received: 06.03.03; Kabul/Accepted: 08.04.03) ÖZET Günümüzde nümerik prblemler için hesaplama gücü düzenli larak artsa da, elektriksel larak büük prblemlerin bu öntemleri kullanarak çözülmesi hala ppüler bir araştırma knusu larak çalışılmaktadır. Snlu fark teknikleri bir çk elektrmanetik prblemlerin çözümünde kullanılmıştır. Bu öntemler hesaplama alanını arıklaştırmak için Yee hücresini kullanır. Snlu farklar frekans uzaı (Finite Difference Frequenc Dmain, FDFD) önteminde kullanılan standart Yee öntemi sadece ikinci dereceden dğruluğa sahiptir. Bu çalışmada, dördüncü dereceden (FDFD(4)) ve altıncı dereceden (FDFD(6)) dğruluğa sahip FDFD öntemleri sunulmuştur. Bu öntemlerde her bir hücre diğerlerinden bağımsız elektriksel dielektrik sabitesine, geçirgenlik değerine ve malzeme özelliklerine sahiptir. Bölece hmjen lmaan rtam ve malzemeler için klaca ugulanabilir esnekliğe ulaşılmıştır. Sunulan öntemin temel perfrmans kriterleri dğruluk ve hafıza ihtiacı larak belirlenerek bu kriterler çklu çözünürlük frekans uzaı (Multi-reslutin frequenc dmain, MRFD), standart FDFD öntemleri, analitik çözümler ve nümerik örneklerle karşılaştırmalı larak verilmiştir. FDFD(4) öntemi MRFD ve FDFD() öntemlerine göre sırasıla %63 ve %9 ranında bellek ve işlem süresi kazancı sağlamıştır. Arıca dairesel dielektrik silindir için %0,0094, kare dielektrik silindir için de %0,03 matris dldurma ranı elde edilmiştir. Anahtar kelimeler: Yüksek-dereceli FDFD öntemi, Çklu çözünürlük frekans uzaı, Yee hücresi ELECTROMAGNETIC SCATTERING COMPUTATION FROM ARBITRAY OBJECTS USING FDFD(4) METOD ABSTRACT In nwadas, it is still a challenge t slve electricall large prblems using numerical methds, althugh the cmputing pwer is increasing cntinuusl. Finite difference techniques have been widel used t slve man electrmagnetic prblems. These methds utilize the Yee cell t discretize the cmputatinal dmain. The standard Yee scheme used in Finite Difference Frequenc Dmain (FDFD) methd is nl secnd-rder accurate. In this stud, furth-and sith-rder accurate FDFD schemes are prpsed. One f the mst imprtant aspects f FDFD methds is fleibilit. Each cell can have a permittivit, permeabilit and ther material parameters independent f thers. Therefre it is eas t appl t nn-unifrm media. The fundamental perfrmances f the prpsed methds such as accurac and memr requirement are presented and cmpared t the multireslutin frequenc dmain (MRFD), standard FDFD schemes and analtical slutins thrugh several numerical eamples. FDFD(4) methd prvides 63% and 9% efficienc cmpared t MRFD and FDFD() respectivel. The matri fill rati fr circular and square clinder samples are achieved as 0.0094% and 0.03% crrespndingl. Kewrds: igher-rder FDFD scheme, Multireslutin frequenc dmain, Yee cell

L. Kuzu ve ark. FDFD(4) Yöntemi İle Rastgele Şekilli Cisimlerden Elektrmanetik. GİRİŞ (INTRODUCTION) FDFD ve MRFD öntemleri Mawell denklemlerinin çözümünde ugulanan matematiksel larak basit fakat kararlı öntemlerdir. Bu üzden bu öntemler ama anten dizilerinin [] ve eş-düzlemsel dalga klavuzlarının [] analizi, kiral şekillerden [3-5] ve genel kılavuzlu dalga apılarından saçılma prblemleri [6, 7] ve elektrik makinelerinin tasarımı [8] gibi pek çk elektrmanetik prblemin çözümünde başarıla ugulanmıştır. esaplamalar sırasında gereken bilgisaar hafızasının azaltılabilmesi amacıla uzabasamaklı FDFD öntemi [9] önerilmiştir, ancak bu öntemin uza-basamaklama algritmasının snlu farklar zaman uzaı (Finite Difference Time Dmain, FDTD) önteminde kullanılan zaman-basamaklama algritması şeklinde ugulanmasından kanaklı kararlılık prblemleri rtaa çıkmıştır. Tüm bu öntemlerde merkezi fark değeri, Mawell denlemlerindeki türeve aklaşmak amacıla kullanılmıştır. Bu üzden standart FDFD (FDFD()) öntemleri sadece ikinci dereceden dğruluk sağlamaktadır. Arıca elektriksel larak büük prblemlerde ızgara ebadına göre daha ince örgü parçalarına (mesh) ihtiaç duulduğundan dlaı üksek miktarda hesaplama kanağı gereksinimi rtaa çıkmaktadır. Bu türde elektrmanetik prblemlerin çözülebilmesi amacıla dördüncü (FDFD(4)) ve altıncı dereceden (FDFD(6)) FDFD öntemleri ugulanabilir. FDFD önteminin en önemli özelliklerinden biri de esnek apısıdır. Bu öntemde her bir hücre diğerlerinden bağımsız elektriksel dielektrik sabitesine, geçirgenlik değerine ve malzeme özelliklerine sahiptir. Bu üzden hmjen lmaan rtam ve malzemeler için bu öntem klaca ugulanabilir. Snlu farklar öntemlerinde Mawell denklemleri Yee hücresi kullanılarak arıklaştırılmaktadır [0]. Bu hücrede elektrik ve manetik vektörlerin knumları farklıdır ve birbirlerine göre arım hücre bu kadar ötelenmiştir. er bir hücrede elektrik alan bileşenleri hücre kenarlarının rtasında knumlanmışken, manetik alan bileşenleri hücrenin üzelerine dik larak erleştirilmiştir. ücrenin köşelerinde herhangi bir alan bileşeni bulunmamaktadır. Bu çalışmada, üksek dereceli FDFD öntemleri geliştirilerek, geliştirilen öntemlere saçılma alan frmülasnları [] ve Berenger'in mükemmel uumlu tabakası [] (Perfectl Matched Laer, PML) ugulanmıştır. esaplama alanının kısıtlı lması sebebile, akın alandan uzak alana taşıma işlemi ugulanarak uzak alan saçılma parametreleri hesaplanmıştır [4, 3]. Farklı ugulama örnekleri için elde edilen saçılma değerleri MRFD ve FDFD() öntemlerile karşılaştırılarak sunulan öntemin dğruluk ve hafıza kullanımı önünden üstünlükleri rtaa knmuştur.. MATERYAL VE YÖNTEMLER (MATERIAL AND METODS) Yee hücresinin alan bileşenlerinin çakışmaacak şekilde düzenlenmesi snucu f() için Talr serisi arı ızgara nktalarına açılabilmektedir. Bu saede üksek dereceli FDFD öntemlerinin elektrmanetik prblemlerine ugulanması daha kla hale gelmiştir... Yüksek Dereceli FDFD Yöntemlerinin Türetilmesi (Derivatin f higher-rder FDFD schemes) FDFD(4) önteminin çıkarılması için Talr serisi fnksinu f()'in aşağıda verilen iki farklı örnek nktasında açılması gerekmektedir. h f(+h)=f()+h f'()+ f''()! () 3 4 5 h h h (5) + f'''()+ f''''()+ f ()+... 3! 4! 5! 9h f(+3h)=f()+3h f'()+ f''()! 3 4 7h 8h + f'''()+ f''''()+... 3! 4! () Benzer şekilde f(), -h ve -3h nktarında açılıp,tüm bu açılan ifadeler rastgele sabiteler lan c, c, c 3 ve c 4 ile çarpılmıştır. Snrasında benzer terimler tekrardan gruplanıp gerekli sadeleştirme apıldığında eşitlik 3 elde edilmiştir. c f(+h)+c f(-h)+c f(+3h)+c f(-3h)=(c +c +c +c )f() 3 4 3 4 h +hf'()(+c -c +3c -3c )+ f''() c +c +9c +9c! ( ) 3 4 3 4 3 h + f'''() +c -c +7c -7c +ma(c,c,c,c ) O h 3! ( ) [ 4 ] 3 4 3 4 (3) c, c, c 3 ve c 4 sabiteleri, c f(+h) + c f(-h) + c 3 f(+3h) + c 4 f(-3h) fksinlarının dğrusal kmbinasnunun nktasında f'() değeri için ii bir akınsama vermesile bulunabilir. Bunun için eşitlik 3 de verilen şartlar ugulanarak sadece f'() değeri bırakılmıştır. c+c+c+c=0 3 4 c-c+3c-3c = 3 4 h c+c+9c+9c=0 3 4 c-c+7c-7c=0 3 4 (4) Bu eşitlikler matris frmunda da azılabilir. 4 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 8, N, 03

FDFD(4) Yöntemi İle Rastgele Şekilli Cisimlerden Elektrmanetik L. Kuzu ve ark. c 0-3 -3 c = h 9 9 c 3 0-7 -7 c 4 0 Bu dğrusal sistemin çözülmesile eşitlik 6 elde edilir. (5) 3 5Δ 5 3Δ f'()= f(+ )- f(+ ) 640Δ 384Δ 75 Δ 75 Δ + f(+ )- f(- ) 64Δ 64Δ 5 3Δ 3 5Δ 6 + f(- )- f(- )+O[(Δ) ] 384Δ 640Δ (8) 7-7 - c=,c =,c=,c =, 3 4 48h 48h 48h 48h (6) (, i j+ ) Δ Burada h ızgara ebadının arısını ( h = ) göstermektedir. Buradan FDFD(4) öntemi şu şekilde elde edilebilir. 3Δ 7 Δ f'()=- f(+ )+ f(+ )- 4Δ 4Δ 7 Δ 3Δ 4 f(- )+ f(- )+O[(Δ) ] 4Δ 4Δ (7) Dördüncü dereceden FDFD için türevin aklaşık 4 değerinde hata terimi larak O[( Δ ) ], kullanılmıştır. Bu aklaşımda alan bileşenlerinin hesaplanması için kullanılan elektrmanetik alan düğümlerinin saısı ikinci dereceden öntemden daha fazladır. Şekil ve Şekil 'de Ez (, i j )'nin hesaplanması için kullanılan alan düğümleri iki butlu larak gösterilmektedir. Benzer ugulama ile çıkarılan altıncı dereceden FDFD eşitlik 7 verilmiştir. z ( i, j) Ez (, ) i j Şekil. FDFD() için alan bileşenlerin knumunun Yee hücresi üzerinde gösterimi(psitins f the field cmpnents invlved in the cmputatin f Ez in tw dimensinal Yee s cell fr the FDFD() scheme) (, i j ) Şekil. FDFD(4) için alan bileşenlerin knumunun Yee hücresi üzerinde gösterimi (Psitins f the field cmpnents invlved in the cmputatin f Ez in tw dimensinal Yee s cell fr the FDFD(4) scheme).. İki Butlu Elektrmanetik Prblemlerin Frmülasnu (Frmulatin fr D electrmagnetic scattering prblems) Bu çalışmada sunulan frmülasnun geliştirilmesi saçılan alan bileşenlerinin frmüle edilmesine bağlıdır. Tplam alan giden ve saçılan alan bileşenlerinin tplanmasıla elde edilebilir. Z- önünde hiçbir değişim lmadığı farz edilerek, PML kullanılan iki-butlu Mawell denklemlerinin buklesi (curl) TM z için frekans uzaında şöle ifade edilebilir [4]. E scat, + scat, z jωε z jωε z ( ε ε ) scat, zi = ε zi E ( μ μ ) inc, z scat, z i + = scat, inc, jωμ E Ez (, ) i j ( i, j) ( i, j) ( i+, j) z (, i j ) μ (, i j ) i (9) (0) Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 8, N, 03 5

L. Kuzu ve ark. FDFD(4) Yöntemi İle Rastgele Şekilli Cisimlerden Elektrmanetik E = jωμ ( μ μ ) scat, z scat, inc, μ. () 7 ve 8 numaralı eşitliklerde verilen snlu farklar tanımları elektrmanetik prblemlerin Mawell eşitlikleri ile çözümü için kullanılabilir. Şekil 'de verilen iki butlu Yee hücresi için 9, 0 ve numaralı eşitlikler FDFD(4) kullanılarak aşağıda gösterilen frmülasn ile arıklaştırılabilir. [5]. Şekil 3'de gösterilen bir butlu Yee hücresinde E( i ) = E( i+ ) ve ( i ) = ( i) sırasıla hesaplama uzaının dışında kalan elektrik ve manetik alan düğümlerini göstermektedir. esaplama uzaı içerisinde iki malzeme arasında kalan ara üzde materal parametrelerinin rtalama değerleri kullanılmıştır. + (i-,j) scat, -7 (i-,j) scat, E (i,j)- + jω4δε (i,j) +7 (i,j) z scat, - (i+,j) scat, + (i,j-) scat, -7 (i,j-) scat, ( ε -ε (i,j) zi ) = E jω4δε (i,j) +7 (i,j) z scat, ε (i,j) zi - (i,j+) scat, scat, ( μ -μ (i,j) ) i = (i,j), inc, scat, i +E (i,j-) j -7E (i,j) (i,j)- ω4δμ (i,j) +7E (i,j+) μ (i,j) ( μ -μ (i,j) ) i = (i,j) inc, i -E (i,j+) +E (i-,j) j -7E (i,j) (i,j)+ ω4δμ (i,j) +7E (i+,j) μ (i,j) -E (i+,j) inc,z (i,j), () (3) (4) Şekil 3. Bir-butlu Yee hücresi ve üzerindeki alan bileşenleri (One-dimensinal Yee s grid and field cmpnents) Çıkartılan frmülasn ve apılan varsaımlar snucu luşturulan öntem, Şekil 4'de gösterilen kaıpsız dielektrik levhada düzlemsel dalganın aılımını nümerik larak analiz etmek için kullanılmıştır. Şekil 4. Dielektrik levhanın gemetrisi (Gemetr f a dielectric slab) Akabinde Şekil 5'de verilen dairesel ve kare silindirlerden ansıan düzlemsel dalgaların analiz edilmesinde ugulanmıştır. i E z E i i k r k μ, ε 30 cm L = φ z μ, ε r r L = 5 cm μ, ε φ k r i E z.3. Sınır Kşullarının Değerlendirilmesi (Treatment f the Bundar Cnditins) Sınır bölgelerindeki alan bileşenlerinin hesaplanması özel sınır kşullarının göz önüne alınmasıla apılmalıdır. Mükemmel elektriksel iletkenlik (Perfect Electric Cnductr, PEC) gösteren sınırlarda teğet elektrik alan bileşeni ve üzee dik açılı manetik alan bileşenleri sıfırdır. Buna rağmen sınır civarındaki düğümler için azılan eşitliklerde hesaplama uzaının dışındaki alan bileşenleri de dahil edilmiştir. Burada imaj kuralı (image principle) bu düğüm değerlerinin hesaplanmasına ugulanmıştır (a) (b) Şekil 5. TM z düzlemsel dalganın ansıdığı: a)dairesel, b) kare silindirler (D dielectric clinders illuminated b TM z plane wave: a) circular clinder, b) square clinder.) 3. NÜMERİK SONUÇLAR VE TARTIŞMA (NUMERICAL RESULTS AND DISCUSSION) Bu çalışma kapsamında ugulanan öntemlerin verimliliğini göstermek için bazı nümerik snuçlar sunulmuştur. Dielektrik levhadan ansıan düzlemsel dalga snuçları verilmiştir. İki butlu dairesel ve kare silindirlerden ansıma prblemleri çözülmüştür. 6 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 8, N, 03

FDFD(4) Yöntemi İle Rastgele Şekilli Cisimlerden Elektrmanetik L. Kuzu ve ark. Sunulan öntemin bistatik ek genişliği için nümerik snuçları FDFD() ve MRFD ile karşılaştırılmalı larak verilmiştir. Simülasnlar MATLAB prgramıla,.9 Gz işlemci ve GB RAM içeren bir bilgisaar üzerinde apılmıştır. 3.. Dielektrik Levha (Dielectric slab) 0.6 0.5 0.4 0.3 Analtic FDFD() FDFD(4) FDFD(6) Reflectin Cefficient, Γ Öncelikle düzlemsel dalganın kaıpsız dielektrik levhada aılımı incelenmiştir. Levha içinde ilerleen dalga için ansıma ve iletim katsaıları hesaplanmıştır [6]. Tüm nümerik öntemlerden elde edilen snuçlar analiz edilmiş ve analitik snuçlar ile karşılaştırılmıştır. Bir butlu durum için apı içerisinde z ve önlerinde ve anı öndeki alan bileşenleri arasında bir değişiklik lmadığı düşünülmüştür. -önünde ilerleen dğrusal plarize halde bir dalganın Şekil 4'de gösterildiği üzere sadece E z ve bileşenleri vardır. Yüksek dereceli FDFD öntemleri, bir butlu uza için de Mawell denklemlerine ugulanabilir. FDFD(), FDFD(4) ve FDFD(6) için de dielektrik levha içeren serbest uzada alan bileşenleri hesaplanmıştır. esaplama uzaı PML ve PEC ile sınırlandırılmıştır. Frekans aralığı - 8 Gz arasında lacak şekilde seçilmiştir. Levha kalınlığı 0 cm ve relatif dielektrik sabitesi, ε r,. larak alınmıştır. Gz'de levha içindeki bir dalga bunda 4 nkta düşmekteken, 8 Gz için bu aklaşık 5 nktadır. Şekil 6'da gösterildiği üzere üksek dereceli FDFD snuçları çalışma frekansı aralığı içinde analitik snuçlarla uumlu snuçlar verirken, standart FDFD snuçları ciddi sapmalar göstermektedir. Şekil 7'de iletim katsaılarının analizinde - 4 Gz arasındaki frekans bölgesi için tüm öntemlerin benzer snuçlar verdiği görülürken, 4 Gz ve üzeri bölgede nümerik snuçlarda sapmalar luşmaktadır. Transmissin Cefficient, T 0.95 Analtic 0.9 FDFD() FDFD(4) FDFD(6) 0.85 3 4 5 6 Frequenc in Gz 7 8 Şekil 6. Dieletrik levha içerisinde ilerleen düzlemsel dalgaa ait iletim katsaısı (Transmissin cefficient f a plane wave incident upn a dielectric slab) 0. 0. 0 3 4 5 6 7 8 Frequenc in Gz Şekil 7. Dieletrik levha içerisinde ilerleen düzlemsel dalgaa ait ansıma katsaısı (Reflectin cefficient f a plane wave incident upn a dielectric slab) 3.. Dairesel ve Kare Silindir (Circular and square clinders) Bu bölümde geliştirilen öntemin dairesel ve kare silindirlerden ansıan düzlemsel dalgalar için ugulamaları verilmiştir. Uzak alandaki elektrik ve manetik alan bileşenleri sunulmuştur. er bir simülasn için elde edilen snuçlar MRFD ve FDFD() ile karşılaştırmalı larak verilmiştir. Dielektrik sabitesi, ε r, 4 lan dairesel ve kare silindirlerden ansıma prblemi Şekil 5'de sunulmuştur. TM z düzlemsel dalga 3 Gz'de - eksenine 80 0 açı ile silindire gelmiştir. Silindirden ansıan uzak alanın bistatik ek genişliği Şekil 8'de sunulmuştur. FDFD(), FDFD(4), FDFD(6) ve MRFD snuçları arasında uum lduğu görülmektedir. erbir örnek için FDFD(), FDFD(4), FDFD(6) ve MRFD öntemlerinin perfrmans değerleri hesaplanmıştır. Tabl 'de simülasn süreleri ve matris dldurma ranları hücre ebatlarıla birlikte sunulmuştur. Tüm öntemler benzer snuçlar vermesine rağmen MRFD ve FDFD() öntemlerile karşılaştırıldığında FDFD(4) sırasıla %63 ve %9 ranına bellek ve işlem süresi kazancı sağlamaktadır. σ/λ [db] 0 0 0-0 -0 FDFD() FDFD(4) FDFD(6) MRFD -30 0 60 0 80 φ (degrees) Şekil 8. TM z düzlemsel dalganın dairesel silindirdiri adınlatan eş-plarize bistatik ek genişliği (C- Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 8, N, 03 7

L. Kuzu ve ark. FDFD(4) Yöntemi İle Rastgele Şekilli Cisimlerden Elektrmanetik plarized bistatic ech width f the circular clinder illuminated b a TM z plane wave) İkinci örnekte dielektrik sabitesi, ε r, 4 ve kare genişliği 5 cm larak verilen kare silindirden ansıma prblemi ele alınmıştır. Silindir 3Gz'de - ekseni ile 0 gelen açısı apan TM z düzlemsel dalga ile adınlatılmıştır. Yansıan eş-plarize uzak alan değeleri, bisatik ek genişlikleri, Şekil 9'da verilmiştir. σ/λ [db] 0 0-0 -0-30 0 60 0 80 φ (degrees) Şekil 9. TM z düzlemsel dalganın kare silindirdiri adınlatan eş-plarize bistatik ek genişliği (Cplarized bistatic ech width f the square clinder illuminated b a TM z plane wave) Tüm öntemler benzer snuçlar üretmesine rağmen FDFD()'nin ansıtıcı içerisindeki ızgara ebadı FDFD(4)'ün /3'ü kadardır. Ne kadar küçük hücre butu seçilirse simülasn süresi gemetrik larak artmaktadır. Tabl. Simülasn parametrelerinin karşılaştırılması (Cmparisn f simulatin parameters) Dairesel Dielektrik Silindir Kare Dielektrik Silindir FDFD() FDFD(4) FDFD(6) MRFD ücre Butu [mm] Simulasn süresi [sec] Matris Dluluk Oranı (%) FDFD() 60 0,00 FDFD(4) 5 468 0,0093 FDFD(6) 5 66 0,03 MRFD 5 37 0,033 FDFD() 303 0,006 FDFD(4) 5 3 0,03 FDFD(6) 5 60 0,077 MRFD 5 567 0,077 4. SONUÇLAR (CONCLUSION) Nümerik hesaplama öntemlerinin elektrmanetik analiz prblemlerine ugulanmasıla, radar saçılma parametrelerinin hesaplanması, anten ışıma diagramlarının luşturulması ve mikrdalga cihazlarına ait ansıma ve iletim değerlerinin tespit edilmesi gibi pek çk endüstriel prbleme çözüm getirilmiştir. Önerilen öntem başta lmak üzere tüm nümerik hesaplama öntemlerinin ana hedefi endüstrinin ihtiacı lan üksek dğruluklu elektrmanetik hesaplamaları en hızlı şekilde gerçekleştirebilmektir. Bu çalışmada, üksek dereceli FDFD öntemleri geliştirilerek elektrmagnetik dalganın rastgele şekilli cisimler üzerindeki ansımaları incelenmiştir. Önerilen öntemlerin verimliliğini göstermek amacıla bir ve iki butlu nümerik örnekler analiz edilmiş ve elde edilen snuçlar MRFD ve standart FDFD öntemlerile kıaslanmıştır. Elde edilen nümerik snuçlar, FDFD(4) öntemi kullanılarak MRFD öntemine kıasla anı dğruluk değerlerinin çk daha az simülasn zamanı ve hesaplama kanakları ile elde edilebileceğini göstermiştir. KAYNAKLAR (REFERENCES). Kai L. ve Wei, Analsis Of Patch Arras Based On FDFD Methd, Micrwave Cnference Prceedings,APMC 97., Asia- Pacific, Cilt, 65-68, 997.. Klingbeil., Beilenhff K. ve artnagel. L., FDFD Full-Wave Analsis and Mdeling f Dielectric and Metallic Lsses f CPW Shrt Circuits, IEEE Transactins n Micrwave Ther and Techniques, Cilt 44, N 3, 485-487, 996. 3. Kuzu L., DemirV., Elsherbeni A. Z., ve Arvas E., "Electrmagnetic Scattering Frm Chiral Media Using The Finite Difference Frequenc Dmain Technique," Mississippi Academ f Sciences Annual Meeting, Vicksburg, MS, 006. 4. Kuzu L., Demir V., Elsherbeni A. Z., ve Arvas E., Electrmagnetic Scattering Frm Arbitraril Shaped Chiral Objects Using The Finite Difference Frequenc Dmain Methd, Prgress in Electrmagnetics Research, Cilt 67, -4, 007. 5. Alkan E., Demir V., Elsherbeni A. Z., ve Arvas E., "Dual-Grid Finite-Difference Frequenc- Dmain Methd fr Mdeling Chiral Medium," IEEE Transactins n Antennas and Prpagatin, Cilt 58, N 3, -7, 00. 6. Gökten M., Elsherbeni A. Z., ve Arvas E., "The Multireslutin Frequenc Dmain Methd Fr General Guided Wave Structures," Prgress in Electrmagnetics Research, Cilt 69, 55-66, 007. 7. Gökten M., Elsherbeni A. Z., ve Arvas E., "Electrmagnetic Scattering Analsis Using The Tw-Dimensinal MRFD Frmulatin," Prgress In Electrmagnetics Research,Cilt 79, 387-399, 008. 8. Tpalğlu I. ve Gürdal O., "A Secnd Order Sensitivit Analsis Based Numerical Apprach Develped fr Dimensin Optimizatin, in Electric Machine Design b Electrmagnetic Design Sftware", Jurnal f the Facult f 8 Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 8, N, 03

FDFD(4) Yöntemi İle Rastgele Şekilli Cisimlerden Elektrmanetik L. Kuzu ve ark. Engineering and Architecture f Gazi Universit, Cilt 5, N, 363-369, 00. 9. Yağlı A.F., Gökten M., Imeci S. T., ve Kuzu L., Scattering frm Grtrpic Bdies Using FDFD Methd, Internatinal Jurnal f RF and Micrwave Cmputer-Aided Engineering, Cilt, 77-84, 0. 0. Ma J., Jiang L. ve Lu S., A Nvel Space- Stepping Finite-Difference Frequenc-Dmain Methd fr Full Wave Electrmagnetic Field Mdeling f Passive Micrwave Devices, Applied Cmputatinal Electrmagnetics Sciet (ACES) Jurnal, Cilt 4, N 3, 59-67, 009.. Kunz K. ve Luebbers R., The Finite Difference Time Dmain Methd fr Electrmagnetics, CRC Press LLC, Bca Ratn.. Berenger J., A Perfectl Matched Laer fr the Absrptin f Electrmagnetic Waves, Jurnal f Cmputatinal Phsics, Cilt 4, 85-00, 994. 3. Yee K. S., Numerical Slutin f Initial Bundar Value Prblems Invlving Mawell s Equatins In Istrpic Media, IEEE Transactinsn Antennas and Prpagatin, Cilt AP-4, 30-307, 966. 4. Kuzu L., Electrmagnetic Scattering frm Chiral Materials Using the FDFD Methd, Ph.D. Dissertatin, Department f Electrical Engineering, Sracuse Universit, Sracuse, NY, 006. 5. Krumphlz M. ve Katehi L. P. B., MRTD: New Time-Dmain Schemes Based n Multireslutin Analsis, IEEE Transactins n Micrwave Ther and Techniques, Cilt 44, N 4, 555-57, 996. 6. Bassiri S., Pappas C.., ve Engheta N., Electrmagnetic Wave Prpagatin Thrugh a Dielectric-Chiral Interface and Thrugh a Chiral Slab, Jurnal f Optical Sciet f America A, Cilt 5, N 9, 450 459, 988. Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der. Cilt 8, N, 03 9