Pasif milimetre dalga görüntüleme sistemi için bütünleşik alıcı ve anten geliştirilmesi
Development of compact receiver and antenna for passive millimeter wave imaging system
Yazar: MUSTAFA TEKBAŞ
Danışman: PROF. DR. GONCA ÇAKIR ; DOÇ. DR. ABDURRAHİM TOKTAŞ
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering ; Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Mikrodalga radarlar = Microwave radars

Özet:
Elektromanyetik dalgaların en önemli kullanım alanları uzaktan algılama ve kablosuz haberleşme sistemleridir. Özellikle algılama sistemlerinde çözünürlük ihtiyacının, kablosuz haberleşme sistemlerinde ise veri hızı ve veri miktarı ihtiyacının artması bu sistemlerde kullanılan elektromanyetik dalga frekansının artmasına sebep olmuştur. Elektromanyetik frekans spektrumunda 30GHz – 300GHz (dalga boyu: 10-1mm) aralığını kapsayan kısma Milimetre dalga (MMD) frekansları denilmektedir. Son yıllarda, haberleşme teknolojileri (uydu haberleşme, 5. nesil hücresel haberleşme – 5G), radarlar (askeri savunma, erken uyarı, füze yön, araç çarpışma önleme, radyometri) ve görüntüleme sistemleri (uzaktan algılama, güvenlik, uzaktan kişi üzeri) için MMD frekansları kullanımı artmıştır. Kullanımın ve ihtiyaçların artması MMD frekanslarına özel teknolojilerin gelişmesine sebep olmuştur. Bu teknolojilerden birisi de Pasif MMD Görüntüleme (PMMDG) sistemleridir.

PMMDG sistemleri, hedefe doğru herhangi bir işaret göndermeyen, hedeften doğal yollarla yayılan dalgaları alarak görüntüleme gerçekleştiren pasif sistemlerdir. Bu özelliği ile sağlığa zararsız olması en büyük avantajını oluşturmaktadır. Bu sistemler özellikle artan güvenlik ihityaçları nedeniyle yakın mesafe kişi üzeri görüntüleme uygulamalarında kendine yer bulmaktadır.

Bu çalışmanın amacı; literatürde kullanılan ve rafta hazır entegre devreler ile PMMDG sistemleri için komponentler, küçük boyutlu (kompakt) ve hassas radyometri tabanlı alıcı (RA) ile anten geliştirmek ve bunları kullanarak uzaktan görüntüleme gerçekleştirmektir.

Tez çerçevesinde MMD içerisinde yer alan 90GHz-100GHz frekanslarında ayrık komponentler (detektör, düşük gürültülü yükselteç (LNA)) ile küçük boyutlu alıcı ve anten tasarımı gerçekleştirilmesi üzerine çalışılmıştır. Böylece görüntüleme sistemlerinde kullanılacak bütünleşik yapıda küçük boyutlu yüksek hassasiyetli alıcı gerçekleştirildi. Çalışmada, 20mmx20mmx85mm boyutları ve 0.238K hassasiyet değerleri elde edildi. Elde edilen ölçüm sonuçlarına ve boyutlarına göre bu alıcının PMMDG sistemlerinde kullanılabileceği görüldü.
	
Bu çalışmada gerçekleştirilen alıcı; bütünleşik yapısı, hassasiyeti ve boyutları ile literatürde yer edinmiştir. Bu boyutlarda elde edilen hassasiyet değeri bakımından benzersizdir.

Abstract:
The most important usage areas of electromagnetic waves are remote sensing and wireless communication systems. In particular, the increase in the need for resolution in sensing systems and the need for data rate and data amount in wireless communication systems has led to an increase in the frequency of electromagnetic waves used in these systems. In the electromagnetic frequency spectrum, the part covering the range of 30GHz – 300GHz (wavelength: 10-1mm) is called Millimeter wave (MMD) frequencies. In recent years, MMD for communication technologies (satellite communication, 5th generation cellular communication – 5G), radars (military defense, early warning, missile direction, vehicle collision avoidance, radiometry), and imaging systems (remote sensing, security, remote person-to-person) frequencies have increased. The increase in usage and needs has led to the development of technologies specifi to MMD frequencies. One of these technologies is Passive MMD Imaging (PMMDG) systems.

PMMDG systems are passive systems that do not send any signals toward the target but receive the waves emitted naturally from the target and perform imaging. With this feature, it is the biggest advantage of being harmless to health. These systems find a place for themselves in close-range on-person imaging applications, especially due to their increased security needs.

The aim of this study; Developing rack-ready integrated circuits and components for PMMDG systems, small-sized (compact) and sensitive radiometry-based receivers (RA), and antennae used in the literature and performing remote imaging using these.

Within the framework of the thesis, the design of a small-sized receiver and antenna with discrete components (detector, low-noise amplifier (LNA)) at 90GHz-100GHz frequencies in MMD has been studied. Thus, a small-sized high-sensitivity receiver with an integrated structure to be used in imaging systems was realized. In the study, 20mmx20mmx85mm dimensions and 0.238K sensitivity values were obtained. According to the obtained measurement results and dimensions, it was seen that this receiver can be used in PMMDG systems.
	
As a result, the receiver realized in this study; It is in the literature with its compact structure, sensitivity and dimensions. It is unique in terms of the sensitivity value achieved in these dimensions.