I nte rna t io na l J o urna l o f   Adv a nces in Applie d Science s   ( I J AAS)   Vo l.   9 ,   No .   4 ,   Dec em b e r   2 0 2 0 ,   p p .   276 ~ 283   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /ijaas.v 9 . i4 . pp 2 7 6 - 283       276       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //ij a a s . ia esco r e. co m   Desig n of f requen cy  select iv e su rfac e comp rising  of  di po les  using  artificial n e ura l net wo rk       M o no j it   Rudra 1 P   So ni Re d dy 2 Ra j a t s ub hra   Cha k ra bo rt y 3 P a r t ha   P ra t i m   Sa r k a r 4   1, 2, 4 De p a rtme n o E n g i n e e rin g   &   Tec h n o l o g ica S tu d ies ,   Un i v e rsity   o Ka ly a n i,   I n d ia   3 De p a rtme n o Co m p u ter  S c ien c e   a n d   E n g i n e e rin g ,   F u tu re   I n stit u t e   o En g i n e e rin g   a n d   M a n a g e m e n t,   In d ia       Art icle  I nfo     AB S T RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ap r   1 6 ,   2 0 2 0   R ev is ed   J u n   14 ,   2 0 2 0   Acc ep ted   J u n   1 8   2 0 2 0       Th is  p a p e d e p icts  th e   d e sig n   o F re q u e n c y   S e lec ti v e   S u rf a c e   (F S S c o m p risin g   o d i p o les   u si n g   Arti ficia Ne u ra Ne two r k   (AN N).  It   h a b e e n   o b se rv e d   t h a w it h   t h e   c h a n g e   o th e   d ime n si o n a n d   p e rio d ici ty   o F S S ,     th e   re so n a ti n g   fre q u e n c y   o t h e   F S S   c h a n g e s .   T h is  c h a n g e   i n   re so n a ti n g   fre q u e n c y   h a s   b e e n   stu d ied   a n d   i n v e sti g a ted   u sin g   sim u latio n   so ftwa re .     Th e   sim u late d   d a ta we re   u se d   to   train   th e   p ro p o se d   AN N m o d e ls.  T h e   train e d   AN m o d e ls  a re   fo u n d   to   p re d ict  th e   F S S   c h a ra c teristics   p re c ise ly   with   n e g li g ib le   e rr o r.   Co m p a re d   to   t ra d it io n a EM   sim u latio n   so f twa re (li k e   AN S OFT   De sig n e r),   th e   p ro p o se d   tec h n iq u e   u sin g   AN m o d e ls  is  fo u n d   to   sig n ifi c a n t ly   re d u c e   th e   F S S   d e sig n   c o m p lex it y   a n d   c o m p u tati o n a ti m e .     Th e   F S S   sim u latio n we re   m a d e   u sin g   AN S OFT   De sig n e v 2   s o ftwa re   a n d   th e   n e u ra n e two r k   wa s   d e sig n e d   u sin g   M ATLAB  s o ftwa re .   K ey w o r d s :   ANN   FSS   MLP   T h is i a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Par th Pra tim   Sar k ar ,     Dep ar tm en t o f   E n g in ee r in g   &   T ec h n o lo g ical  s tu d ies,   Un iv er s ity   o f   Kaly an i,   Nad ia,   W est B en g al,   7 4 1 2 3 5 ,   I n d ia.   E m ail:  p ar th ab e9 1 @ y ah o o . co . in       1.   I NT RO D UCT I O N     I n   m icr o wav en g in ee r in g ,   Fr eq u en cy   Selectiv Su r f ac es  ( F SS s)   ar p lan ar   p er io d ic   ar r ay s   o f   m etal   p atch es o n   s u b s tr ate  o r   s lo ts   o n   co n d u ctin g   s h ee t th at  f u n ctio n   as a   f ilter   f o r   f r ee   s p ac r ad iatio n   [ 1 ] .   Ma n y   au th o r s   h av m a d an aly s is   o n   FS th r o u g h   E n u m er ical  m eth o d s ,   s u ch   as  th Me th o d   o f   Mo m en [ 2 ] .   B u th ese  n u m er ical  m eth o d s   r eq u ir h ig h   c o m p u tatio n al  co s t.  So   to   av o i d   th is ,   Ar tific ial  Neu r al  Netwo r k   ( ANN )   wh ich   ar p r ev io u s ly   tr ain ed   with   r esu lts   o b tain ed   b y   M eth o d   o f   Mo m e n ca n   b u s ed   f o r   an aly s is   o f     FS [ 3 - 4 ] .   Als o ,   o th e r   alg o r it h m s   lik Gen etic  Alg o r ith m   ( GA)   an d   Par ticle  Swar m   Op tim izatio n   ( PS O)   ca n   b b len d e d   with   ANN  f o r   f aster   an d   ac c u r ate  tr ain in g   o f   th ANN  [ 5 1 6 ] .   I n   th is   p ap e r ,   p atch   ty p FS co n s is tin g   o f   d i p o les   ( as  s h o w n   in   Fig u r e   1 )   is   u s ed   w h o s d im en s io n s   ( i.e .   p atch   len g th   L ,   p atc h   w id th   W ,   x - p e r io d icity   T x   an d   y - p er io d icity   T y )   ar v a r ied   an d     th co r r esp o n d in g   r eso n atin g   f r eq u en cies  ar n o ted .   T h en   u s in g   th ese  s im u lated   r esu lts ,   s o m n eu r al  n etwo r k   m o d els  ar d esig n ed   an d   tr a in ed ,   wh ich   ca n   b u s ed   f o r   f aster   an aly s is   an d   d esi g n   o f   FS co m p r is in g     o f   d ip o le s .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       Desig n   o f freq u en cy   s elec tive  s u r fa ce   co mp r is in g   o f d ip o les  u s in g   a r tifi cia l n eu r a l n etw o r ( Mo n o jit R u d r a )   277       Fig u r 1 .   FS S c o m p r is in g   o f   d ip o le s:   ( a)   g eo m et r y   o f   u n it c e ll,  ( b )   g e o m etr y   o f   ar r ay       2.   B ACK P RO P AG AT I O N   T R AINI NG   A L G O RI T H M   T h B ac k p r o p ag atio n   is   an   alg o r ith m   f o r   s u p er v is ed   tr a in in g   o f   ANN  in   wh ich   th er r o r   is   p r o p a g ated   b ac k war d   f o r   u p d ate  o f   weig h ts   o f   d if f er en t   lay er s   o f   th e   n eu r al  n etwo r k .   M u lti - L ay er   Per ce p tr o n   ( ML P)  is   s h o wn   in   Fig u r 2 ,   h av in g   o n e   in p u t la y er ,   o n h id d en   lay e r   an d   o n o u tp u t la y e r .           Fig u r 2 .   E x am p le  o f   an   ANN   m o d el       T h s tep s   f o r   B ac k p r o p ag atio n   Alg o r ith m   a r as f o llo ws:   1.   W eig h ts   an d   lear n in g   r ate  ( α )   ar in itialized   Hid d en   L ay e r   W eig h ts : w 1 ,   w2 ,   w3 ,   w4   Ou tp u t L ay er   W eig h ts : w 5 ,   w6 ,   w7 ,   w8   B ias  W eig h ts : a 1 ,   a2 ,   b 1 ,   b 2   L ea r n in g   R ate  ( α ) : 0 . 0 0 0 1   2.   Step s   3   to   1 0   ar e   p er f o r m e d   w h en   s to p p in g   co n d itio n   is   f alse .   3.   Step s   4   to   9   ar p er f o r m ed   f o r   ea ch   tr ain in g   p air .   4.   E ac h   in p u u n it r ec eiv es in p u s ig n al  ( i i )   an d   s en d s   it to   th h id d en   u n it.   5.   E ac h   h id d e n   u n it su m s   its   wei g h ted   in p u t sig n als to   ca lcu lat th n et  in p u t ( n et  h i ) .     n et  h 1   w1   i 1   w3   i 2   + a1   n et  h 2   w2   i1   w4   i 2   b 1   T h en   an   Activ atio n   f u n ctio n   is   ap p lied   to   t h n et  in p u t to   ca l cu late  th o u tp u t o f   t h h id d en   u n it ( h i ).   T h o u tp u t o f   th h id d en   lay e r   is   th en   s en t to   th o u tp u t la y e r   u n its .   h i =   f ( n et  h i)   Her B ip o lar   Sig m o id   Activ at io n   Fu n ctio n   is   u s ed : f ( x )   1   /   ( 1   e - x)   6.   Similar ly ,   f o r   ea ch   o u tp u t   u n it   th n et  in p u t   ( n et   o i )   is   ca lcu l ated   an d   th e   ac tiv atio n   f u n ctio n   is   ap p lied   t o   co m p u te  th e   o u tp u t sig n als ( o i ).   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N : 2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   9 ,   No .   4 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 7 6     2 8 3   278   7.   E ac h   o u tp u u n it  r ec eiv es  a   tar g et  p atter n   ( t i )   co r r es p o n d in g   to   th in p u tr ain in g   p atter n   ( i i )   an d   co m p u tes th er r o r   c o r r ec tio n   ter m ( i ):   ( t -   o 1 )   f   ' ( n et  o 1 )   ( t -   o 2 )   f   ' ( n et  o 2 )   W h er e,   f   ' ( x )   is   th d er iv ativ e   o f   f ( x )   T h ese  er r o r   co r r ec tio n   ter m s   ar u s ed   to   ca lcu late  th ch an g in   weig h ts   ( Δ w i )   an d   ch an g in   b ias   weig h ts   ( Δ a an d   Δ b i ).   Δ w =   α 1 h 1   Δ a =   α 1   Similar ly Δ w 6 Δ w 7 Δ w 8   an d   Δ b 2   ar ca lcu lated   8.   Similar ly   ea ch   h id d e n   u n it c al cu lates its   er r o r   co r r ec tio n   ter m ( j )   56  w f   ' ( n et  h 1 )   w f   ' ( n et  h 1 )   78  w f   ' ( n et  h 2 )   w f   ' ( n et  h 2 )   T h ese  er r o r   c o r r ec tio n   ter m s   a r u s ed   to   ca lcu late  th e   ch an g e   in   weig h ts   an d   b ias we ig h ts .   Δ w =   α 56  i 1   Δ a =   α 56   Similar ly Δ w 2 Δ w 3 Δ w 4   an d   Δ b 1   ar ca lcu lated   9.   E ac h   o u tp u t u n it a n d   ea ch   h id d en   u n it  u p d ates its   b ias we ig h ts   an d   weig h ts .   w i ( n ew) =w i ( o ld )   + Δ w i   a ( n ew) =a ( o ld )   + Δ a i   b ( n ew) = b ( o ld )   + Δ b i   10.   T h s to p p in g   co n d itio n   is   ch e ck ed .   T h s to p p i n g   c o n d itio n   m ay   b e   ce r tain   n u m b e r   o f   ep o ch s   r ea ch ed   o r   wh en   th er is   p r e v io u s ly   s ettled   m in im u m   er r o r   b etwe en   ac t u al  o u tp u t a n d   tar g et  o u t p u t.       3.   RE S E ARCH   M E T H O D   Her 5   ML Ps   ar u s ed .   E ac h   o f   th em   h av 4   in p u ts   an d   1   o u t p u as  s h o wn   i n   Fig u r e   3 ,   b u t h in p u ts   an d   o u t p u ts   ar d if f er en t a s   s h o wn   in   T ab le  1 .           Fig u r 3 .   C o m m o n   ANN  m o d el  f o r   all  5   n etwo r k s       T ab le  1 .   I n p u ts   an d   o u t p u ts   o f   th 5   ML Ps   N e u r a l   N e t w o r k s   I n p u t s   O u t p u t   N e t w o r k   1   I n   N e t w o r k   1 ,   t h e   4   i n p u t a r e   t h e   l e n g t h ,   w i d t h ,   x - p e r i o d i c i t y   a n d   y - p e r i o d i c i t y   o f   t h e   p r o p o se d   F S S   I n   N e t w o r k   1 .   T h e   o u t p u t   i s   t h e   r e so n a n t   f r e q u e n c y   o f   t h e   p r o p o se d   F S S   N e t w o r k   2   I n   N e t w o r k   2 ,   t h e   4   i n p u t a r e   t h e   l e n g t h ,   w i d t h ,   x - p e r i o d i c i t y   a n d   r e so n a n t   f r e q u e n c y   o f   t h e   p r o p o s e d   F S S   I n   N e t w o r k   2 .   T h e   o u t p u t   i s   t h e   y - p e r i o d i c i t y   o f   t h e   p r o p o s e d   F S S   N e t w o r k   3   I n   N e t w o r k   3 ,   t h e   4   i n p u t a r e   t h e   l e n g t h ,   w i d t h ,   r e so n a n t   f r e q u e n c y   a n d   y - p e r i o d i c i t y   o f   t h e   p r o p o s e d   F S S   I n   N e t w o r k   3 .   T h e   o u t p u t   i s   t h e   x - p e r i o d i c i t y   o f   t h e   p r o p o s e d   F S S   N e t w o r k   4   I n   N e t w o r k   4 ,   t h e   4   i n p u t a r e   t h e   l e n g t h ,   r e so n a n t   f r e q u e n c y ,   x - p e r i o d i c i t y   a n d   y - p e r i o d i c i t y   o f   t h e   p r o p o se d   FSS   I n   N e t w o r k   4 .   T h e   o u t p u t   i s   t h e   w i d t h   o f   t h e   p r o p o se d   F S S   N e t w o r k   5   I n   N e t w o r k   5 ,   t h e   4   i n p u t a r e   t h e   r e s o n a n t   f r e q u e n c y ,   w i d t h ,   x - p e r i o d i c i t y   a n d   y - p e r i o d i c i t y   o f   t h e   p r o p o se d   F S S   I n   N e t w o r k   5 .   T h e   o u t p u t   i s   t h e   l e n g t h   o f   t h e   p r o p o se d   F S S   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       Desig n   o f freq u en cy   s elec tive  s u r fa ce   co mp r is in g   o f d ip o les  u s in g   a r tifi cia l n eu r a l n etw o r ( Mo n o jit R u d r a )   279   4.   RE SU L T A ND  AN AL Y SI S   I n itially ,   th e   p r o p o s ed   ANN  m o d els  ar e   tr ain ed   u s in g   th e   s im u latio n   r esu lts   o b tain ed   f r o m   ANSOFT   Desig n er   v 2   s o f twar e .   T h tr ai n in g   d ata  s et  is   p r o v id ed   i n   T a b le  2 .       T ab le   2 .   T r ai n in g   d ata  s et  f o r   ANN  m o d els     P a t c h   L e n g t h   P a t c h   W i d t h   x - p e r i o d i c i t y   y - p e r i o d i c i t y   S t e p   S i z e   D a t a   S e t 1   1 5   mm   1 . 5   mm   1 6 . 5   mm   2 . 4   mm 1 5   mm   0 . 9   mm   D a t a   S e t 2   1 5   mm   1 . 5   mm   1 8   mm   2 . 4   mm 1 5   mm   0 . 9   mm   D a t a   S e t   3   1 5   mm   1 . 5   mm   1 9 . 5   mm   1 . 5   mm 1 5   mm   0 . 9   mm   D a t a   S e t 4   1 5   mm   1 . 5   mm   2 1   mm   2 . 4   mm 1 5   mm   0 . 9   mm   D a t a   S e t 5   1 5   mm   1 . 5   mm   2 2 . 5   mm   1 . 9 5   mm 1 5   m m   0 . 4 5   mm   D a t a   S e t 6   1 5   mm   1 . 5   mm   1 5 . 5   mm 2 2 . 5   m m   4 . 2   mm   0 . 5   mm   D a t a   S e t 7   1 5   mm   1 . 5   mm   1 5 . 5   mm 2 2 . 5   m m   6 . 9   mm   0 . 5   mm   D a t a   S e t 8   1 5   mm   1 . 5   mm   1 5 . 5   mm 2 2 . 5   m m   9 . 6   mm   0 . 5   mm   D a t a   S e t 9   1 5   mm   1 . 5   mm   1 5 . 5   mm 2 2 . 5   m m   1 2 . 3   mm   0 . 5   mm   D a t a   S e t 1 0   1 5   mm   1 . 5   mm   1 5 . 5   mm 2 2 . 5   m m   1 5   mm   0 . 5   mm   D a t a   S e t 1 1   9   mm   1 . 2   mm 2   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   0 . 3   mm   D a t a   S e t 1 2   1 2   mm   0 . 5   mm 2   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   0 . 1   mm   D a t a   S e t 1 3   1 5   mm   0 . 1   mm 1 . 5   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   0 . 1   mm   D a t a   S e t 1 4   mm 2 0   mm   0 . 7   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   1   mm   D a t a   S e t 1 5   6   mm 2 0   mm   0 . 9   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   1   mm   D a t a   S e t 1 6   6   mm 2 0   mm   1 . 1   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   1   mm   D a t a   S e t 1 7   7   mm 2 0   mm   1 . 3   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   1   mm   D a t a   S e t 1 8   7   mm 2 0   mm   1 . 5   mm   2 2 . 5   mm   1 5   mm   1   mm       Nex t,  th p er f o r m a n ce   o f   th p r o p o s ed   ANN  m o d els  in   ac c u r ately   p r e d ictin g   th e   FS ch ar ac ter is tics   is   v alid ated   u s in g   test   d ata.   Her e,   an   FSS   co m p r is in g   o f   d ip o les   h av in g   d im e n s io n s L   1 5   m m ,   W   1 . 5   m m ,   T x   2 2   m m ,   T y   8   m m   ( as  s h o wn   in   Fig u r e.   1 )   is   u s ed   as  te s d ata  f o r   th p r o p o s ed   ANN  m o d el  v alid atio n .   T h d i m en s io n s   co n s id er ed   h e r f o r   test in g   th ANN  m o d els  is   n o in cl u d ed   in   th d ata   s et   u s ed   f o r   tr ain in g   th ML Ps .   T h FS is   s im u lated   u s in g   ANS OFT   Desig n er   v 2   s o f twar an d   its   r eso n an t f r eq u en cy   o b tain ed   is   8 . 1 5   GHz .   N ex t,   t h is   d ata  is   u s ed   f o r   ch ec k in g   t h er r o r   o f   all  th e   5   ML Ps ,   as   s h o wn   in   T ab le  3 Fin ally ,   th 1 st   ML ( h a v in g   L ,   W ,   T x   an d   T y   as  in p u ts   an d   r eso n atin g   f r eq u e n cy   ( R F)   a s   o u tp u t)   is   u s ed   to   p er f o r m   p ar a m etr ic  s tu d y   as  g i v en   in   Sectio n   4 . 2 .     4 . 1 .   Sin g le  v a lue c heck   ( inte rpo la t io n)   o f   t he  pro po s ed  ANN   T h v alid atio n   r esu lt  o f   t h 5   ML Ps   u s in g   th s in g le  test   d ata  is   g iv en   in   T a b le  3 .   ML P1   i s   f o u n d   to   p r ed ict  th r eso n atin g   f r e q u e n cy   ( R F)  o f   th e   FS f o r   th g iv en   s et  o f   FS d esig n   p a r a m eter s   with   0 . 0 7 6 %   er r o r .   ML 2 5   p r e d icts   th FS d esig n   p ar am eter   ( y - p e r io d icity ,   x - p er io d icity ,   Patch   W id th ,   an d   Patch   L en g th ,   r esp ec tiv el y )   with   0 . 9 4 %,  1 . 7 2 4 %,  0 . 0 2 9 8 %,  a n d   0 . 0 5 6 % e r r o r ,   r esp ec tiv ely   f o r   th g iv en   i n p u t set a s   s h o wn   in   T ab le  3 .       T ab le 3.   R esu lt f o r   s in g le  v alu ch ec k   ( in te r p o latio n )   ANN  N e t w o r k   I n p u t   1   I n p u t   2   I n p u t   3   I n p u t   4   S i mu l a t e d   O u t p u t   A N N   O u t p u t   Er r o r   M LP  1   P a t c h   L e n g t h   1 5   mm   P a t c h   W i d t h   1 . 5   mm   x - p e r i o d i c i t y   2 2   mm   y - p e r i o d i c i t y   8   mm   RF   8 . 1 5   G H z   RF   8 . 1 5 6 2   G H z   0 . 0 7 6   %   M LP  2   P a t c h   L e n g t h   1 5   mm   P a t c h   W i d t h   1 . 5   mm   x - p e r i o d i c i t y   2 2   mm   RF   8 . 1 5   G H z   y - p e r i o d i c i t y   8   mm   y - p e r i o d i c i t y   8 . 0 7 5 4   mm   0 . 9 4   %   M LP  3   P a t c h   L e n g t h   1 5   mm   P a t c h   W i d t h   1 . 5   mm   y - p e r i o d i c i t y   8   mm   RF   8 . 1 5   G H z   x - p e r i o d i c i t y   2 2   mm   x - p e r i o d i c i t y   2 1 . 6 2 0 7   mm   1 . 7 2 4   %   M LP  4   P a t c h   L e n g t h   1 5   mm   x - p e r i o d i c i t y   2 2   mm   y - p e r i o d i c i t y   8   mm   RF   8 . 1 5   G H z   P a t c h   W i d t h   1 . 5   mm   P a t c h   W i d t h   1 . 4 9 9 6   mm   0 . 0 2 9 8   %   M LP  5   P a t c h   W i d t h   1 . 5   mm   x - p e r i o d i c i t y   2 2   mm   y - p e r i o d i c i t y   8   mm   RF   8 . 1 5   G H z   P a t c h   L e n g t h   1 5   mm   P a t c h   L e n g t h   1 5 . 0 0 8 4   mm   0 . 0 5 6   %       An   FS is   f ab r icate d   u s in g   p ar am eter s   co r r esp o n d in g   to   ML P1   g iv en   in   T ab le  3 .   T h e   f ab r icate d   p r o to ty p is   s h o wn   in   Fig u r 4 ( a) .   T h tr an s m is s io n   ch ar ac ter is tic  o f   th f ab r icate d   FS is   m ea s u r ed   u s in g   R & VN ( Z NB 2 0 )   an d   T x /R x   h o r n   an ten n as.  T h e   s im u lated   a n d   m ea s u r ed   tr an s m is s io n   ( S2 1 )   ch ar ac ter is tic  o f   th f ab r icate d   FS is   g iv en   in   Fig u r 4 ( b ) .   I is   f o u n d   th at  th r eso n an f r e q u en c y   o f     th p r o p o s ed   FS S is   n ea r ly   s am in   b o t h   s im u latio n   an d   m e asu r em en t.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N : 2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   9 ,   No .   4 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 7 6     2 8 3   280     ( a)     ( b )     Fig u r 4 .   ( a )   Fab r icate d   p r o to t y p o f   th p r o p o s ed   FS S,  ( b )   Simu lated   an d   m ea s u r e d   tr an s m is s io n   ch ar ac ter is tics   o f   th p r o p o s ed   FS S       4 . 2 .   P a ra m e t ric  s t ud y   I n   th is   s ec tio n ,   ex ten s iv s tu d y   h as  b ee n   c o n d u cted   to   test   t h p er f o r m an ce   o f   ML 1 .   M L 1   ca n   o n ly   p r o v id th r eso n atin g   f r eq u en c y   ( R F)  as  th o u tp u f o r   th ch an g in   FS d esig n   p ar am eter s -   Patch   L en g th ,   Patch   W id th ,   x - p er i o d icity   an d   y - p er i o d icity .   T h v alu es  o f   FS d esig n   p ar am eter s   f o r   th is   p ar am etr ic  s tu d y   ar tab u lated   in   T ab le  4 .   Her e,   c o m p ar is o n   is   d o n b etwe en   th s im u l ated   r esu lt  o b tain ed   f r o m   An s o f t D esig n e r   an d   ANN.       T ab le  4 .   Data   f o r   p a r am etr ic  s tu d y     C o n st a n t   P a r a me t e r s   V a r i a b l e   P a r a m e t e r s   P a r a me t r i c   S t u d y   1   P a t c h   W i d t h   =   1 . 5   mm ,   x - p e r i o d i c i t y   =   2 2 . 5   mm ,   y - p e r i o d i c i t y   =   1 5   mm   P a t c h   L e n g t h   =   7   mm   t o   2 0   mm   w i t h   st e p   1   mm   P a r a me t r i c   S t u d y   2   P a t c h   L e n g t h   =   1 5   mm ,   x - p e r i o d i c i t y   =   2 2 . 5   mm ,   y - p e r i o d i c i t y   =   1 5   mm   P a t c h   W i d t h   =   0 . 1   mm   t o   1 . 5   mm   w i t h   s t e p   0 . 1   mm   P a r a me t r i c   S t u d y   3   P a t c h   L e n g t h   =   1 5   mm ,   P a t c h   W i d t h   =   1 . 5   mm ,   y - p e r i o d i c i t y   =   1 2 . 3   mm   x - p e r i o d i c i t y   =   1 5 . 5   m m t o   2 2 . 5   mm   w i t h   st e p   0 . 5   mm   P a r a me t r i c   S t u d y   4   P a t c h   L e n g t h   =   1 5   mm ,   P a t c h   W i d t h   =   1 . 5   mm ,   x - p e r i o d i c i t y   =   2 2 . 5   mm   y - p e r i o d i c i t y   =   1 . 9 5   m m t o   1 5   mm   w i t h   st e p   0 . 4 5   mm       Fig u r 5   s h o ws  th r esu lts   o f   Par am etr ic  Stu d y   1   wh er e   Patch   W id th ,   x - p er io d icity ,   y - p er io d icity ar e   k ep co n s tan an d   Patch   L en g th   is   v ar ied .   Fig u r e   6   s h o ws  th r esu lts   o f   Par am etr ic   Stu d y   2   wh er e   Patch   L en g th ,   x - p er io d icity ,   y - p er i o d icity   ar k ep co n s tan an d   Patch   W id th   i s   v ar ied .   I n   Fig u r e   7   th r esu lts   o f   Par am etr ic  Stu d y   3   is   g iv e n   wh er e   Patch   L en g th ,   Patch   W id th ,   y - p er io d icity   ar e   k e p co n s tan t   an d   x - p er io d icity   is   v ar ied .   Fig u r e   8   s h o ws  th r esu lts   o f   Par am et r ic  Stu d y   4   w h er Patch   L en g th ,   Patch   W id th ,   x - p er io d icity   ar e   k ep t c o n s tan t a n d   y - p er io d icity   is   v ar ied .           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       Desig n   o f freq u en cy   s elec tive  s u r fa ce   co mp r is in g   o f d ip o les  u s in g   a r tifi cia l n eu r a l n etw o r ( Mo n o jit R u d r a )   281   Fig u r 5.   R esu lts   o f   p ar am etr ic  s tu d y   1 : V ar iatio n   o f   p atch   l en g th   f r o m   7   m m   to   2 0   m m   w ith   s tep   1   m m       Fig u r 6.   R esu lts   o f   p ar am etr ic  s tu d y   2 : V ar iatio n   o f   p atch   wid th   f r o m   0 . 1   m m   to   1 . 5   m m   with   s tep   0 . 1   m m           Fig u r 7.   R esu lts   o f   p ar am etr ic  s tu d y   3 : v a r iatio n   o f   X - p er i o d icity   f r o m   1 5 . 5   m m   t o   2 2 . 5   m m     with   s tep   0 . 5   m m           Fig u r 8.   R esu lts   o f   p ar am etr ic  s tu d y   4 : v a r iatio n   o f   Y - p er i o d icity   f r o m   1 . 9 5   m m   t o   1 5   m m   with     s tep   0 . 4 5   m m       4 . 3 .   P er f o rma nce  co m pa riso o f   t he  pro po s ed   t ec hn iq ue  u s i ng   ANN  wit h   t ra ditio na E M   s im ula t io n   s o f t wa re   ( lik Ans o f t   Desig ner)   I n   tr ad itio n al  E s im u latio n   s o f twar e,   an aly s is   o n   FS is   d o n u s in g   E n u m er ical  m e th o d s ,   s u ch   as  th Me th o d   o f   M o m en ( M OM ) .   T h ese  n u m er ical  m eth o d s   r eq u ir e   h ig h   co m p u tatio n al   co s t,  s o   ev e n   with     s y s tem   wi th   h ig h   co n f ig u r atio n ,   th s im u latio n   tim r em ain s   v er y   lo n g .   B u if   in s tead   A NN  is   u s ed ,   th en   it  d o esn t r eq u ir a n y   co m p lex   n u m er ical  m eth o d s ,   s o   n atu r all y   th co m p u tatio n   tim is   r ed u ce d   as c o m p ar ed   to   tr ad itio n al  E M   s im u latio n   s o f twar e.   Her e,   f ir s tly   a n   FS with   p atch - len g th   =   1 5   m m ,   p atc h - wid th   =   1 . 5   m m ,   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
            I SS N : 2 2 5 2 - 8 8 1 4   I n t J Ad v   Ap p l Sci Vo l.   9 ,   No .   4 Dec em b e r   2 0 2 0 :   2 7 6     2 8 3   282   x - p er io d icity   2 2 . 5   m m   a n d   y - p er io d icity   1 5   m m   is   tak e n .   | S2 1 |   v s .   Fre q u en cy   p l o is   d o n f r o m   2   GHz   to   1 2   GHz   with   lo s tep   c o u n t   an d   f o r   th is   th e   tim elap s e d   is   6   m in u tes.  Fro m   th is   p l o th ap p r o x im ate  r eso n an f r e q u en c y   is   lo ca ted   s o m ewh er b etwe en   6   GHz   a n d   7 . 5   GHz .   T h en   a g ain   p lo i s   d o n f r o m   6   GHz   to   7 . 5   GHz   with   h i g h   s tep   co u n wh ich   t o o k   2   m in u tes  tim an d   th e   r eso n a n f r e q u en c y   o b tain ed   is   6 . 8 3   GHz .   So ,   th to tal  s im u latio n   tim r eq u ir ed   is   8   m in u tes.   T h en   an   FS with   p atch - len g th   8   m m ,   p atc h - wid th   0 . 9   m m ,   x - p er io d icity   2 2 . 5   m m   an d   y - p er io d icity   1 5   m m   is   tak en .   | S2 1 |   v s .   Fre q u en cy   p lo is   d o n f r o m   2   GHz   to   1 2   GHz   with   lo s tep   co u n an d   f o r   th is   th tim elap s ed   is   4   m in u tes.  Fro m   th is   p lo t   th ap p r o x im ate  r eso n an f r eq u en cy   is   lo ca ted   s o m ewh er b etwe en   1 0   GHz   an d   1 1 . 5   GHz .   T h en   a g ain   p l o t is d o n f r o m   1 0   GHz   to   1 1 . 5   GH with   h ig h   s tep   co u n wh ic h   to o k   2   m in u tes  ti m an d   th r eso n an f r eq u e n c y   o b tain e d   is   1 0 . 7 6   GHz .   So ,   t o tal  s im u latio n   tim r eq u ir ed   is   6   m in u tes.   B u in   ca s o f   ANN,   g en er atio n   o f   | S2 1 |   v s .   Fre q u en cy   p l o is   n o r eq u ir e d ,   as  it  d ir ec tly   g iv es  r eso n an f r eq u e n cy   as  o u tp u t.   I n   f ir s ca s th e   r eso n an f r eq u en cy   o b tain e d   i s   6 . 8 3 4 8   GHz ,   a n d   in   th s ec o n d   ca s th r eso n a n f r eq u e n cy   o b tain ed   is   1 0 . 7 4 0 4   GHz .   Her in   b o th   th c ases   th ANN  g av r eso n an f r eq u e n cy   o u tp u in   less   th an   1   s ec   tim e   ( i.e .   i n   t h f ir s ca s 0 . 3 6 0 3 6   s ec   an d   in   th e   s ec o n d   ca s e   0 . 2 7 7 0 1   s ec ) .   T h p e r ce n tag r ed u ctio n   i n   co m p u tatio n al  ti m is   9 9 . 9 2 4 9   % in   th f ir s t c ase  an d   9 9 . 9 2 3 0   % in   th s ec o n d   ca s e,   as sh o wn   in   T ab le  5 .       T ab le   5 .   Per f o r m an ce   co m p a r is o n   o f   th p r o p o s ed   tech n iq u u s in g   ANN  with   tr ad itio n al  E s im u latio n   s o f twar e   P a r a me t e r s   S i mu l a t i o n   Ti me   A N N   O u t p u t   T i me   R e d u c t i o n   p a t c h - l e n g t h   =   1 5   mm   p a t c h - w i d t h   =   1 . 5   mm   x - p e r i o d i c i t y   =   2 2 . 5   m m   y - p e r i o d i c i t y   =   1 5   mm   m i n u t e s   0 . 3 6 0 3 6   se c   9 9 . 9 2 4 9   %   p a t c h - l e n g t h   =   8   mm   p a t c h - w i d t h   =   0 . 9   mm   x - p e r i o d i c i t y   =   2 2 . 5   m m   y - p e r i o d i c i t y   =   1 5   mm   6   m i n u t e s   0 . 2 7 7 0 1   se c   9 9 . 9 2 3 0   %       5.   CO NCLU SI O N   I n   th is   p ap er ,   a n   Ar tific ial  Neu r al  Netwo r k   m o d el  is   tr ain ed   u s in g   d ata  o b tain ed   f r o m   ANSOFT   Desig n er   v 2   s o f twar w h ich   u s es  Me th o d   o f   M o m en f o r   an aly s is   o f   FS S.  Hen ce ,   th e   ANN  is   p r o p er l y   tr ain ed   an d   g iv es  n eg lig ib le  e r r o r .   Usi n g   th is   ANN,   th r es u lts   ar o b tain e d   v er y   q u ick ly   wh ich   s av es  tim e   an d   also   r ed u ce s   th co m p u tat io n al  co s t a n d   c o m p lex ity .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Be n   A.  M u n k ,   F re q u e n c y   S e lec ti v e   S u rfa c e   T h e o r y   a n d   De sig n ,   W il e y ,   n o .   1 ,   p p .   1 - 5 ,   2 0 0 0 .   [2 ]   Jia n x u n   S u   a n d   Xia o we n   Xu ,   M OM  a n a ly sis  o th e   p lan a a n d   c u rv e d   F S S   b a se d   o n   d i p o le  e lem e n ts ,   In ter n a t io n a l   Co n fer e n c e   o n   M icr o wa v e   T e c h n o l o g y   a n d   Co m p u t a ti o n a E lec tro ma g n e ti c (IC M T CE   2 0 0 9 ),   Beiji n g ,   Ch i n a ,   p p .   1 2 7 - 1 3 0 2 0 0 9 .   [3 ]   P . L.   d a   S il v a   a n d   A.G .   D ’As su n c a o ,   Ne u ro m o d e ll i n g   o F re q u e n c y   S e lec ti v e   S u rfa c e a n d   E - S h a p e d   M icro stri p   An ten n a s ,   T h e   2 0 0 6   I EE I n t e rn a ti o n a l   J o in Co n fer e n c e   o n   Ne u ra Ne two rk   Pro c e e d in g s,  Va n c o u v e r,  BC,   Ca n a d a ,   p p .   2 3 7 4 - 2 3 7 7 ,   2 0 0 6 .   [4 ]   P . H.F .   S il v a   a n d   A.L . P . S .   Ca m p o s,   F a st  a n d   a c c u ra te  m o d e ll i n g   o fre q u e n c y   se lec ti v e   su rfa c e u sin g   a   n e m o d u lar  n e u ra n e two r k   c o n fi g u r a ti o n   o m u lt il a y e r   p e rc e p tro n s ,   IET   M icr o wa v e s,  A n ten n a &   Pro p a g a ti o n   v o l.   2,   n o .   5 ,   p p .   5 0 3 - 5 1 1 ,   2 0 0 8 .   [5 ]   P . H.  d a   F .   S il v a ,   P .   Lac o u th ,   G .   F o n t g a ll a n d ,   A. L. P . S .   Ca m p o s   a n d   A.G .   D ’As su n c a o ,   De sig n   o fre q u e n c y   se lec ti v e   su rfa c e u si n g   a   n o v e M o M - ANN - G tec h n iq u e ,   2 0 0 7   S B M O/IEE M T T - S   I n ter n a t io n a l   M icr o w a v e   a n d   Op t o e lec tro n ics   Co n fer e n c e ,   Bra zil ,   p p .   2 7 5 - 2 7 9 ,   2 0 0 7 .   [6 ]   R. M . S .   Cr u z ,   P . H.   d a   F .   S il v a   a n d   A.G .   D ’As su n c a o ,   S y n th e sis   o f   c ro ss e d   d i p o le  fre q u e n c y   se l e c ti v e   su rfa c e u sin g   g e n e ti c   a lg o rit h m s   a n d   a rti f icia n e u ra n e t wo r k s ,   2 0 0 9   I n ter n a ti o n a J o in t   Co n fer e n c e   o n   Ne u ra Ne tw o rk s ,   At la n ta ,   GA,   US A ,   p p .   6 2 7 - 6 3 3 ,   2 0 0 9 .   [7 ]   P . H.  d a   F .   S il v a ,   R . M . S .   Cr u z   a n d   A.G .   D ’As su n ç ã o ,   Blen d i n g   P S a n d   AN N   fo r   Op ti m a l   De sig n   o F S S   F il ters   Wi th   K o c h   Isla n d   P a tch   El e m e n ts ,   IEE T r a n sa c ti o n s   o n   M a g n e ti c s v o l.   4 6 ,   n o .   8 ,   p p .   3 0 1 0 - 3 0 1 3 ,   2 0 1 0 .   [8 ]   An u ra d h a ,   A.   P a tn a i k ,   S . N   S in h a   a n d   J.R.   M o si g ,   D e sig n   o c u sto m ize d   fra c tal  F S S ,   Pr o c e e d in g o f   th e   2 0 1 2   IEE In ter n a ti o n a S y mp o si u m o n   An ten n a s a n d   Pro p a g a ti o n ,   Ch i c a g o ,   IL ,   US A ,   2 0 1 2 .   [9 ]   M . R.   d a   S il v a ,   C.   d e   L.   b re g a ,   P . H.   d a   F .   S il v a   a n d   A.G .   D ’A ss u n ç ã o ,   Op t ima d e sig n   o f   fre q u e n c y   se lec ti v e   su rfa c e s with   fra c tal  m o ti fs ,   IET   M icr o wa v e s,  A n ten n a s &   Pro p a g a ti o n v o l .   8,   no   9 ,   p p .   6 2 7 - 6 3 1 ,   2 0 1 4 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J Ad v   Ap p l Sci   I SS N:  2 2 5 2 - 8 8 1 4       Desig n   o f freq u en cy   s elec tive  s u r fa ce   co mp r is in g   o f d ip o les  u s in g   a r tifi cia l n eu r a l n etw o r ( Mo n o jit R u d r a )   283   [1 0 ]   W.   C.   Ara u jo ,   A.  G .   D As su n ç ã o   Ju n io r ,   E.   E.   C.   Ol i v e ira an d   A.  G .   D ’As su n ç ã o ,   F S S   d e si g n s u si n g   a   p o p u lati o n - b a se d   h y b ri d   a lg o rit h m   in s p i re d   o n   t h e   e c h o lo c a ti o n   o b a ts ,   2 0 1 5   9 th   Eu r o p e a n   C o n fer e n c e   o n   An ten n a a n d   Pro p a g a ti o n   (E u CAP ),   L isb o n ,   P o rtu g a l ,   2 0 1 5 .   [1 1 ]   M .   C.   Alc â n tara   Ne to ,   F .   J.  B.   B a rro s,  J.  P .   L.   Ara ú jo ,   H.  S .   G o m e s,  G .   P .   S .   Ca v a lca n te  a n d   A.  G .   D ’As su n ç ã o ,     m e tah e u risti c   h y b ri d   o p ti m i z a ti o n   tec h n i q u e   f o d e sig n i n g   b ro a d b a n d   F S S ,   2 0 1 5   S BM O/IEE M T T - In ter n a t io n a M icr o w a v e   a n d   Op t o e lec tro n ics   Co n fer e n c e   (IM OC),   Po rto   d e   Ga li n h a s,   Bra zil ,   2 0 1 5 .   [1 2 ]   M .   P a n d a   a n d   P .   P .   S a rk a r,   P r e d ictio n   o P e rio d icity   o F S S   S tru c tu re   Us i n g   P a rt icle   S wa rm   Op ti m iza ti o n ,     I - ma n a g e r’s   J o u rn a o n   El e c tro n i c s E n g i n e e rin g v o l.   7,   n o .   3 ,   p p .   2 5 - 3 1 ,   2 0 1 7 .   [1 3 ]   N.  Li u ,   X.  S h e n g ,   C.   Zh a n g ,   J.  F a n   a n d   D.  G u o ,   De sig n   o F S S   ra d o m e   u sin g   b in a ry   p a rti c le  sw a rm   a lg o rit h m   c o m b in e d   with   p ix e l - o v e rlap   tec h n i q u e ,   J o u rn a l   o f   El e c tro m a g n e ti c   W a v e a n d   A p p li c a ti o n s v o l.   31,   n o .   5 ,     p p .   5 2 2 - 5 3 1 ,   2 0 1 7 .   [1 4 ]   M .   P a n d a   a n d   P .   P .   S a r k a r,   Hp n n a   Ba se d   F ss   De sig n in g C a se   S tu d y ,   I n ter n a ti o n a J o u rn a o C o mp u ter   S c ien c e s a n d   En g i n e e rin g v o l.   6,   no.   5 ,   p p .   7 9 2 - 7 9 6 ,   2 0 1 8 .   [1 5 ]   S .   A g h a re z a e a n d   M .   F a lam a rz i,   P a rti c le  S wa rm   Op ti m iza ti o n   Al g o rit h m   f o t h e   P re p a c k   Op ti m iza ti o n   P r o b lem ,   Eco n o mic   C o mp u ta t io n   a n d   Eco n o mic   Cy b e rn e ti c s S t u d ie a n d   Res e a rc h v o l.   5 3 ,   n o .   2 ,   p p .   2 8 9 - 3 0 7 ,   2 0 1 9 .   [1 6 ]   M .   C.   A.  Ne t o ,   J.  Ara ú jo ,   R.   J.  S .   M o ta,   F .   J.   B.   Ba rro s,  F .   H.  C .   S .   F e rre ira,  G .   P .   d o S .   Ca v a lca n te  a n d   B .   S .   L.   Ca stro ,   De sig n   a n d   S y n th e sis  o a n   Ultra  W id e   Ba n d   F S S   f o m m - Wav e   Ap p li c a ti o n   v ia  G e n e ra Re g re ss io n   Ne u ra Ne two rk   a n d   M u lt i o b jec ti v e   Ba Al g o ri th m ,   J o u rn a l   o f   M i c ro wa v e s,  Op t o e lec tro n ics   a n d   E lec tro ma g n e ti c   Ap p li c a ti o n s v o l .   1 8 ,   n o .   4 ,   p p .   5 3 0 - 5 4 4 ,   2 0 1 9 .       B I O G RAP H I E S O F   AUTH O RS       M o n o ji t   Ru d ra   o b tai n e d   h is   B.   Te c h   d e g re e   in   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g   fr o m   F u tu re   In stit u te  o E n g i n e e rin g   a n d   M a n a g e m e n t,   K o lk a ta  in   2 0 1 6 .   He   is  p re se n tl y   p u rsu i n g   M .   Tec h   in   C o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g   a t h e   De p t.   o En g in e e rin g   &   Tec h n o lo g ica S t u d ies   i n   Un iv e rsity   o Ka ly a n i,   Na d ia.  Hi a re a o in tere st  a re   F re q u e n c y   S e lec ti v e   S u rfa c e s,  Artifi c ial  Ne u ra Ne two rk .         P   S o n Re d d y   h a re c e iv e d   th e   B.   Tec h .   d e g re e   i n   El e c tro n ics   &   Co m m u n ica ti o n   E n g i n e e rin g   fro m   Ac a d e m y   o Tec h n o lo g y ,   Wes Be n g a l,   I n d ia,  i n   2 0 1 1   u n d e th e   a ffil iati o n   o f   fo rm e Wes t   Be n g a Un i v e rsity   o Tec h n o lo g y   a n d   t h e   M .   Tec h .   d e g re e   in   E lec tro n ics   &   Co m m u n ica ti o n   En g i n e e rin g   fro m   Ka ly a n G o v t.   En g in e e rin g   Co l leg e ,   Ka ly a n i ,   Wes Be n g a l,   I n d ia,  i n   2 0 1 6   u n d e t h e   a ffil iatio n   o f   M a u lan a   Ab u Ka lam   Az a d   Un iv e rsity   o Tec h n o l o g y ,   Wes Be n g a l.   S h e   wo rk e d   a a   G u e st  Lec tu re (N o v e m b e r   2 0 1 7   ti ll   Au g u st   2 0 1 8 )   in   t h e   De p a rtme n o En g in e e rin g   &   Tec h n o l o g ica S tu d ies ,   U n iv e r sity   o Ka ly a n i,   Wes Be n g a l,   In d ia.  S i n c e   Ap ril   2 0 1 9 ,   s h e   h a s   b e e n   wo rk in g   a a   CS IR  S e n io Re se a rc h   F e ll o (u n d e G ra n 0 9 /1 0 6 ( 0 1 8 2 )/ 2 0 1 9 -   EM R - I)  i n   th e   De p a rtme n o En g in e e rin g   &   Tec h n o lo g ica S tu d ies ,   Un i v e rsity   o Ka ly a n i ,   Wes Be n g a l,   In d ia.   He re se a rc h   a re a in c lu d e   e n h a n c e m e n o ra d iatio n   c h a r a c teristics   o m icro strip   p a tch   a n d   d iele c tri c   re so n a to a n ten n a s,  a n d   c o m p a c m u l ti b a n d   DG S   in te g ra ted   m icro stri p   a n ten n a .         Ra jatsu b h ra   C h a k ra b o rty   is  a   fi n a l   y e a B.   Tec h   st u d e n o Co m p u ter  S c ien c e   E n g i n e e rin g   fro m   F u tu re   I n stit u te o f   En g in e e ri n g   a n d   M a n a g e m e n t ,   Ko l k a ta.         Dr.  P a rth a   P ra ti m   S a rk a o b tain e d   h is  P h .   in   E n g in e e rin g   fro m   J a d a v p u U n iv e rsit y   in   t h e   y e a 2 0 0 2 .   He   h a o b tain e d   h is  M . E.   f ro m   Ja d a v p u Un i v e rsity   in   th e   y e a 1 9 9 4 .   He   e a rn e d   h is  B. E.   d e g re e   in   El e c tro n ics   a n d   Tele c o m m u n ica t io n   En g i n e e rin g   fro m   Be n g a E n g i n e e rin g   C o ll e g e   in   th e   y e a 1 9 9 1 .   He   is p re se n tl y   wo rk in g   in   t h e   ra n k   o P r o fe ss o in   t h e   De p a rtme n o En g i n e e rin g   a n d   Tec h n o lo g ica S tu d ies ,   U n i v e rsity   o f   Ka ly a n i ,   si n c e   Ja n u a r y   2 0 0 5 .   His   a re a   o f   re se a rc h   in c lu d e M icro str i p   An te n n a ,   F re q u e n c y   S e lec ti v e   S u rfa c e s,  a n d   Artifi c ial  Ne u ra Ne two rk .   He   h a c o n tri b u ted   t o   n u m e ro u (m o re   th a n   2 4 5   p u b li c a ti o n s)  re se a r c h   a rti c les   in   v a rio u j o u r n a ls   a n d   c o n fe re n c e s o re p u te.  He   is a   li fe   fe ll o o IET a n d   fe ll o o f   IE  (In d ia).     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.