GCRIS Repository Collection:
https://hdl.handle.net/20.500.11851/612
2024-03-28T09:56:34ZPlatin ve grafen üst elektrotlu titanyum oksit memristörlerin fabrikasyonu
https://hdl.handle.net/20.500.11851/10934
Title: Platin ve grafen üst elektrotlu titanyum oksit memristörlerin fabrikasyonu
Authors: Onay, Seli̇n
Abstract: Son yıllarda, biyolojik sinapsların efektif bir şekilde taklit edildiğini gösteren, oldukça umut verici, geçici olmayan bir hafıza cihazı olan memristör üzerinde kapsamlı araştırmalar yapılmıştır. Grafenin hafızalı anahtarlama sistemlerinde üst elektrot olarak uygulanması geleneksel malzemelere ilgi çekici bir alternatif sunar. Karbon türevi bir malzeme olan grafen, dikkate değer bir alan-hacim oranına, biyouyumluluğa, olağanüstü adsorpsiyon yeteneklerine ve mükemmel elektriksel iletkenliğe sahiptir ve bu sayede istenen özelliklere sahip biyosensörlerin üretimi için umut verici bir yol sunar. Bu kapsamda geleneksel bir memristör yapısı ve grafen üst elektrotlu bir memristör yapısının fabrikasyonu ile ilgili bir çalışma yapılmıştır. Geleneksel yapı özellikle modelleme ve devre içi kullanım öngörülerek üretilmiştir, grafen üst elektrotlu yapı ise grafenin özelliklerinden ve memristörün özelliklerinden faydalanarak sensör elde etmek motivasyonuyla üretilmiştir. Üretilen grafen üst elektrotlu mikro cihazlarda, sentezlenen ve transferi yapılan grafenin belli şekillendirmeye tabi tutulduğu yenilikçi bir fabrikasyon metodolojisi kullanılmaktadır. Silikon bir pul üzerinde elektron demeti buharlaştırma, fotolitografi, püskürtme gibi tekniklerin kullanılmasıyla memristif cihazların fabrikasyonu başarılı bir şekilde yapılmıştır.; In recent years, extensive research has been conducted on memristors, which are promising and non-volatile memory devices that effectively mimic biological synapses. The application of graphene as the top electrode in memory switching systems offers an interesting alternative to traditional materials. Graphene, a carbon- based material, possesses remarkable attributes such as a high surface-to-volume ratio, biocompatibility, exceptional adsorption capabilities, and excellent electrical conductivity, making it a promising avenue for the production of biosensors with desired properties. Within this scope, a study has been conducted on the fabrication of both a traditional memristor structure and a memristor structure with a graphene top electrode. The traditional structure was produced with a focus on modeling and circuitry applications, while the graphene top electrode structure was motivated by the desire to obtain sensors by harnessing the properties of graphene and memristors. Innovative fabrication methodology involving patterning of synthesized and transferred graphene was employed in the production of micro devices with graphene top electrodes. Fabrication of memristive devices was successfully accomplished using techniques such as electron beam evaporation, photolithography, and sputtering on a silicon wafer.2023-01-01T00:00:00ZMemristör modeli elde etme ve gerçek cihazların analog eşik altı devrelerde kullanımı
https://hdl.handle.net/20.500.11851/10936
Title: Memristör modeli elde etme ve gerçek cihazların analog eşik altı devrelerde kullanımı
Authors: Çolak, Mert
Abstract: Memristörün nöronlar arasındaki iletimi sağlayan sinapsları modelleyebileceği ve bu özelliğini kullanarak yapay nöral ağlar kurulabileceği anlaşılmıştır. Donanımsal olarak kurulması bir hayli zor olan nöral yapay ağların, memristörlerin kullanılmasıyla donanımsal şekilde uygulanması kolaylaşır. Aynı zamanda transistörlerin sağladığı anahtarlama özelliğini sağlayabilmesi, daha az yer kaplaması ve daha düşük enerji ile çalışması sayesinde transistörlerin anahtarlama özelliği ile yer aldığı devrelerde kullanılabileceği öngörülmüştür. Bundan dolayı nöromorfik mühendislik açısından memristörler önemli bir konuma gelmiştir. Memristörün kullanılabileceği biyo-esinli devrelerden biri de Nakada v.d. tarafından ortaya konan CPG devresidir. Bu devre normalde hayvanların beyninde nörolojik olarak bulunan ve yürüme, koşma, nefes alma gibi ritmik hareketlerin sinyallerini üreten merkezi patern oluşturucu devresidir. Bu devrede transistörler eşik altı bölgede çalışırlar ve az enerji tüketirler. Köymen tarafından bu devrede memristörlerin kullanılmasının faydaları ortaya konmuştur. Au/TiO2/TiO2-x/Au ve Pt/TiO2/TiO2-x/Pt yapılarındaki iki farklı üretimi tamamlanmış memristörlerden ölçümler alınmıştır ve bu sonuçlar incelenmiştir. Üretilen cihazların devrelerde kullanabilmesi için isabetli simülasyonlar gerekir ve isabetli simülasyonlar için de üretilen cihazların iyi modellenmesi gerekir. Bu tez çalışmasında üretilen cihazların, eğri uydurma, fenomenolojik modelleme, parametrik analiz ve benzer davranış sergilemesi açısından Saludes-Tapia v.d. tarafından ortaya konan yarı statik memdiyot (QMM) modelinin denklemlerinden faydalanılarak, SPICE ve Verilog-A modelleri elde edilmiştir. Ardından bu modellerin devre içindeki kullanımları araştırılmıştır. Devrenin özelliğine göre seri veya paralel bağlanmalarının asıl etkiler göstereceği incelenmiştir. CPG ve CPG'nin içinde bulunan HCO devrelerinde kullanılmış ve etkileri incelenmiştir. Devrelerin memristörlü simülasyonları yapıldıktan sonra üretilmek için devrelerin layoutları yapılmıştır ve bu layoutların daha da küçük bir alana sığması için optimizasyon çalışması yapılmıştır ve bu devrelerin küçültülebileceği ortaya koyulmuştur.; It was understood that the memristor could model synapses facilitating transmission between neurons, enabling the creation of artificial neural networks. The use of memristors could simplify the hardware implementation of neural artificial networks, which are otherwise challenging to construct in hardware. Additionally, due to its capacity to provide switching capabilities akin to transistors while occupying less space and consuming lower energy, memristors are envisaged for use in circuits where transistors are currently employed for switching purposes. This positioning has rendered memristors significant in the field of neuromorphic engineering. One of the bio-inspired circuits where memristors could be employed is the central pattern generator (CPG) circuit, introduced by Nakada et al. This circuit, akin to neurological patterns in animals' brains, generates signals for rhythmic movements like walking, running, and breathing. Transistors in this circuit operate in subthreshold regions and consume minimal energy. Köymen highlighted the advantages of incorporating memristors in this circuit. Measurements have been taken from memristors which in two different structures: Au/TiO2/TiO2-x/Au and Pt/TiO2/TiO2-x/Pt. These results have been analyzed. Accurate simulations are essential for the effective integration of the produced devices into circuits. Accurate simulations, in turn, necessitate a proper modeling of the fabricated devices. In this thesis, SPICE and Verilog-A models were derived for the generated devices, using curve fitting, phenomenological modeling, parametric analysis and utilizing equations from the quasi-static memdiode (QMM) model introduced by Saludes-Tapia et al. due to its similar behavior. Subsequently, the utilization of these models within circuits was investigated. The effects of serial and parallel connections, depending on the circuit's nature, were explored. They were applied to both CPG and the CPG's constituent HCO circuits, and their impacts were assessed. Following the memristor-embedded circuit simulations, layouts for the circuits were created. An optimization process was performed to fit these layouts into an even smaller area, revealing the potential for further reduction in size for these circuits.2023-01-01T00:00:00Zİnsansız hava araçlarına monteli akıllı yüzey kullanan milimetrik dalga bandı haberleşmesinde çizelgeleme yöntemlerinin geliştirilmesi
https://hdl.handle.net/20.500.11851/10933
Title: İnsansız hava araçlarına monteli akıllı yüzey kullanan milimetrik dalga bandı haberleşmesinde çizelgeleme yöntemlerinin geliştirilmesi
Authors: Ünlü Ci̇nali̇oğlu, Sertap
Abstract: Son yıllarda, veri hızı taleplerinin ve kullanıcı sayısının artmasıyla birlikte haberleşme alanındaki çalışmalar, beşinci nesil (5G) teknolojiler ve ötesine odaklanmıştır. Milimetrik dalga frekanslarında iletişim kurma, 5G ve daha gelişmiş teknolojiler için hedeflenen veri hızı ve kapasite sorunlarına çözümler sunabilecek tekniklerden biridir. Ayrıca, insansız hava araçlarının (İHA), doğal afetler ve kamu güvenliği gibi durumlarda iletişim amaçlı kullanımı yaygınlaşmaktadır. İHA'ların yüksek irtifalara çıkabilme ve kolayca konuşlandırılabilme yetenekleri sayesinde İHA'lar acil durumlarda kullanılabilmeleriyle öne çıkmaktadırlar. Bunun yanı sıra, beşinci nesil ve daha gelişmiş teknolojiler için yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzeylerin (RIS) kullanılması da önerilmektedir. RIS, sinyalin fazını ayarlayarak sinyali belirli bir noktaya yönlendirebilen pasif elemanlardan oluşur. İHA üzerine yerleştirilen bir RIS sayesinde, baz istasyonundan alınan sinyallerin gönderileceği yönler ayarlanabilir. İHA-RIS kombinasyonunun kullanılmasıyla, milimetrik dalga iletişimindeki çeşitli zorlukların üstesinden gelinebilir. Baz istasyonu için hibrit hüzme şekillendirme tekniği kullanılacaktır. Hibrit hüzme şekillendirme, analog hüzme şekillendirme için Ayrık Fourier Dönüşümü (Discrete Fourier Transform - DFT) kod çizelgesi tabanlı iletim hüzme şekillendirme yöntemi ve dijital hüzme şekillendirme için sıfır zorlamalı (Zero-Forcing - ZF) iletim hüzme oluşturma tekniğinin birlikte kullanılmasını içerir. Ayrıca, RIS elemanlarının faz kaymaları, DFT tabanlı kod kitapçığı optimizasyonu ve alternatif optimizasyon teknikleriyle eniyilenmiştir. Kullanıcıların adil bir şekilde planlanabilmesi için girişim duyarlı adil orantılı çizelgeleme algoritması geliştirilmiştir. RIS kullanımının performansa etkisi, adil çizelgeleme ve hibrit hüzmeleme yöntemlerinin performansları çeşitli karşılaştırmalarla incelenmiştir.; In recent years, with the increasing demand for data speed and the number of users, research in the field of communication has focused on fifth-generation (5G) technologies and beyond. Communication using millimeter-wave frequencies is one of the techniques targeted for 5G and beyond to address the challenges of data speed and capacity. Additionally, the use of unmanned aerial vehicles (UAVs), also known as drones, for communication purposes has become more widespread, particularly in natural disasters and public safety situations. UAVs offer advantages in emergency situations due to their ability to operate at high altitudes and be easily deployed. Furthermore, the utilization of reconfigurable intelligent surfaces (RIS) is proposed for 5G and beyond. RIS consists of passive elements that can adjust the phase of incoming signals to direct them towards specific locations. By placing an RIS on a UAV, the directions in which signals received from the base station are transmitted can be adjusted. The combination of UAVs and RIS aims to overcome various challenges in millimeter-wave communication. A hybrid beamforming technique will be employed for the base station. Hybrid beamforming combines discrete Fourier transform (DFT) codebook-based transmission beamforming for analog beamforming and zero-forcing (ZF) beamforming for digital beamforming. Additionally, the phase shifts of RIS elements have been optimized using DFT-based codebook optimization and alternative optimization techniques. To ensure fair scheduling of users, an interference-aware fair proportional scheduling algorithm has been developed. The performance impact of RIS deployment has been examined through various comparisons with proportional fair scheduling and hybrid beamforming.2023-01-01T00:00:00ZMakine ögrenmesi ile gelismis polarizasyon kestirim yöntemi
https://hdl.handle.net/20.500.11851/10633
Title: Makine ögrenmesi ile gelismis polarizasyon kestirim yöntemi
Authors: Önür, Yusuf
Abstract: Günümüzde elektronik harp sistemlerinin önemi dramatik olarak artmaktadır. Elektronik Harp sistemlerinin unsurlarından olan elektronik destek sistemleri, elektromanyetik spektrumu pasif olarak kullanmaktadır. Yayılan sinyalleri analiz eden bu sistemler, düşman ve dost unsurların, yönlerini, konumlarını, kimliklerini, birlikler arası haberleşme içeriğini tespit edebilmektedir. Bu sayede, elektronik destek sistemleri istihbarat verilerinin çıkarılmasında büyük rol oynamaktadır. Teknolojinin gelişmesiyle birlikte, radar veya haberleşme sinyallerini analiz eden sistemler kabiliyetlerini genişletmektedir. Elektronik harp ve radar uygulamaları, keşif kabiliyetini artırmanın yanı sıra sinyal polarizasyon bilgilerini kullanarak hedef yön ve konum bulma performansını arttırmaya çalışmaktadır. Bu faktörler, sinyalin polarizasyon bilgisinin bahsedilen mevcut sistemlere dahil edilmesine yol açmıştır. Alıcının veya vericinin bulunduğu platformun konumuna veya yönüne bağlı olarak alıcı-verici arası polarizasyon uyumsuzluğu meydana gelebilmektedir. Hedef sinyallerin yüksek güçte alınabilmesi, başarılı bir yön bulma performansı veya elektronik harp sistemlerine karşı etkili bir karşı önlem alınabilmesi için alıcı ve vericideki polarizasyon uyumsuzluğunun önlenmesi gerekmektedir. Bu yüzden elektronik destek sistemlerinde, yayılan sinyalin polarizasyonunun tespiti, kimliklendirme, yön ve konum bulma sistemlerinde kritik bir rol oynamaktadır. Bu çalışmada, gelen sinyalin polarizasyonunu derin öğrenme yoluyla kestiren bir yaklaşım önerilmiştir. Önerilen yaklaşımda, öncelikle klasik geliş açısı ve polarizasyon kestirimi gerçekleştiren algoritmalar gibi kovaryans matrisi hesaplanmaktadır. Hesaplanan kovaryans matrisinin gerçek, sanal ve faz değerlerinden algoritmanın giriş görüntüleri elde edilmiştir. Evrişimsel sinir ağları sayesinde giriş görüntülerinden öznitelikler çıkarılıp, tam bağlı katmanlar sayesinde polarizasyon kestirimi yapılmaktadır. Çalışmada doğrusal polarizasyon belli çözünürlüklerde ele alınmıştır. İlk sınıf yatay polarizasyon ve son sınıf dikey polarizasyon olmak üzere, doğrusal polarizasyon on farklı sınıfa ayrılmıştır. Gözetimli öğrenme modelini benimseyen ve evrişimsel sinir ağlarını ve tam bağlı katmanları içeren model, klasik algoritmalara göre daha hızlı sonuç vermiştir. Önerilen yaklaşım gerçek-zamanlı sistemlerde kullanılma potansiyelini ortaya koymuştur. Polarizasyon sınıfı kestirme performansı kapsamında, hatalı kestirimlerde dahi komşu sınıfları kestiren algoritma özellikle düşük SNR değerlerinde klasik MUSIC algoritmasına göre daha başarılı sonuçlar vermiştir. Ayrıca tez kapsamında, geliş açısı kestirimi için de hibrit bir algoritma önerilmiştir. Önerilen hibrit algoritma, öncelikle evrişimsel sinir ağı tabanlı bir algoritma ile polarizasyon kestirimi yapmaktadır. Sonrasında geliş açısı kestirimi için klasik Çoklu Sinyal Sınıflandırma (Multiple Signal Classification-MUSIC) algoritması kullanılmaktadır. Evrişimsel sinir ağları ile polarizasyon kestiriminin sonucunda, klasik MUSIC algoritması polarizasyon parametrelerini taramadan doğrudan sadece uzamsal açılarda arama yapacağından, geliş açısını daha hızlı kestirmiştir. Önerilen hibrit algoritma, düşük SNR değerlerinde, polarizasyonu daha başarılı kestirdiğinden, geliş açısı kestirimi kapsamında klasik MUSIC algoritmasına göre daha başarılı sonuçlar vermiştir.; Nowadays, the importance of electronic warfare systems is increasing. Electronic support systems, which are one of the elements of Electronic Warfare systems, passively use the electromagnetic spectrum. These systems, which analyze the emitted signals, are able to detect the directions, positions, identities, and content of communication between the enemy and friendly elements. In this way, electronic support systems play a major role in extracting intelligence data. With the development of technology, systems that analyze radar or communication signals are expanding their capabilities. Electronic warfare and radar applications try to increase target direction and position finding performance by using signal polarization information as well as increasing reconnaissance capability. These factors have led to the incorporation of polarization information of the signal into existing systems. Depending on the location or direction of the platform where the receiver or transmitter is located, polarization mismatch between the transmitter and receiver may occur. In order for target signals to be received at high power, for successful direction finding performance, or for an effective countermeasure against electronic warfare systems, polarization mismatch in the receiver and transmitter must be prevented. Therefore, detection of the polarization of the emitted signal in electronic support systems plays a critical role in identification, direction and position finding systems. In this study, an approach that estimate the polarization of the incoming signal through deep learning is proposed. In the proposed approach, first of all, the covariance matrix is calculated, such as algorithms that perform classical angle of arrival and polarization estimation. The input images of the algorithm were obtained from the real, imaginer and phase values of the calculated covariance matrix. Thanks to convolutional neural networks, features are extracted from the input images and polarization estimation is performed thanks to fully connected layers. In the study, linear polarization was considered at certain resolutions. Linear polarization is divided into ten different classes, the first class being horizontal polarization and the last class being vertical polarization. The model, which adopts the supervised learning model and includes convolutional neural networks and fully connected layers, has yielded faster results than classical algorithms. The proposed approach has revealed the potential to be used in real-time systems. Within the scope of polarization estimation performance, the algorithm that estimates neighboring classes even with erroneous estimates has given more successful results compared to the classical MUSIC algorithm, especially at low SNR values. In addition, within the scope of the thesis, a hybrid algorithm is proposed for the estimation of the angle of arrrival. The proposed hybrid algorithm primarily performs polarization estimation with a convolutional neural network based algorithm. Then, the classical Multiple Signal Classification (MUSIC) algorithm is used to estimate the angle of arrival. As a result of polarization estimation with convolutional neural networks, the classical MUSIC algorithm estimated the arrival angle faster, since it will search directly only spatial angles without scanning polarization parameters. Since the proposed hybrid algorithm estimates polarization more successfully at low SNR values, it has given more successful results compared to the classical MUSIC algorithm in the scope of angle of arrival estimation.2022-01-01T00:00:00Z