Otomotiv radarı için düzlemsel dielektrik lens anten tasarımı
Planar dielectric lens antenna design for automotive radar
Yazar: MURAT TARANCİ
Danışman: PROF. DR. FİKRET TOKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Otomotiv sektörünün en yeni trendlerinden olan otonom araçların vazgeçilmez öğelerinden biri otomotiv radarıdır. Bu cihazlar gelişen teknolojiyle daha kompakt ve efektif hale gelmektedirler. Bu iyileştirmelerin temelinde otomotiv radarları için geliştirilen monolitik mikrodalga tümleşik devreler ile yüksek yönlülük ve kazanç değerlerine sahip yama anten dizilerinin geliştirilmesi yer almaktadır.
Bu teze konu olan otomotiv radarı için düzlemsel dielektrik lens anten tasarımı; daha iyi yönlülük ve yüksek seviyelerde yönlendiricilik elde etmeye odaklanmaktadır. Temelde otomotiv radarının görüş açısını artırmak ve aynı zamanda yönlülük değerlerinden minimal kayıplar verecek şekilde optimize edilmiş düzlemsel dielektrik lens anten yapısına yoğunlaşmaktadır.
Bu tasarım sürecinde anten parametrelerinin farklı varyasyonları üzerinde durulmuş, eniyileme yaklaşımıyla optimum geometri elde edilmeye çalışılmıştır. Anten için kullanılan yüksek yoğunluklu dielektrik lens (ɛr=9,8) ile hava ortamı arasında yumuşak geçişler sağlamak ve iç yansımaları azaltmak için farklı bağıl dielektrik sabitine sahip uydurma katmanları kullanılmıştır. Lensin farklı besleme konumları ve farklı uydurma katman sayıları için hüzme yönlendirme çalışmaları yapılmıştır. Işın modelinin analitik yapısı analiz edilmiş, maksimum yönlendiricilik yapan besleme noktaları iki farklı frekans aralığı için (24-27 GHz/76-81 GHz) belirlenmiştir. CST Studio Suite® programı kullanılarak yapılan simülasyonlar sonucu elde edilen ışıma paternleri ile geometrik optik yaklaşım sonuçları arasındaki tutarlılıklar üzerinde durulmuştur. Maksimum 22,7 dBi yönlülük ve -14 dB seviyesinin altında yansıma katsayılarına sahip 8 paralel katlı ve 5 uydurma katmanlı düzlemsel dielektrik lens antenler tasarlanmıştır.

Abstract:
One of the indispensable elements of autonomous vehicles, which is one of the newest trends in the automotive industry, is automotive radar. These devices are becoming more compact and effective with advances in technology. These improvements are based on the development of monolithic microwave integrated circuits for automotive radars and the development of patch antenna arrays with high directivity and gain.
The planar dielectric lens antenna design for automotive radar, which is the subject of this thesis, focuses on achieving better directivity levels on the high degrees of beam steering. Basically, it focuses on optimized planar dielectric lens antenna structure to increase the field of view of the automotive radar and at the same time to give minimal losses in directivity values.
In this design process, different variations of the antenna parameters are considered and an optimization approach is used to obtain the optimum geometry. The high-density dielectric lens (ɛr=9.8) is used for the antenna with matching layers with different relative dielectric constants to provide smooth transitions between the lens and the air medium and to reduce internal reflections. Beam steering studies were performed for different feed positions of the lens and different numbers of matching layers. The analytical structure of the beam model was analyzed and feed points achieving the maximum directivity feed points were determined for two different frequency ranges (24-27 GHz/76-81 GHz). The consistencies between the radiation patterns obtained from simulations using the CST Studio Suite® program and the results of the geometrical optical approximation are discussed. Planar dielectric lense antennas with 8 parallel plates and 5 matching layers are designed with a maximum directivity of 22.7 dBi and reflection coefficients below -14 dB.