10.5 GHz GPS disiplinli yüksek performanslı frekans sentezleyici (DRO) modelleme ve gerçeklenmesi
Modelling and realization of a 10.5 GHz GPS disciplined high-performance frequency synthesizer (DRO)
Yazar: ÇAĞRI BİÇİCİ
Danışman: PROF. DR. OSMAN ÇEREZCİ
Sakarya Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Faz kilitli döngü = Phase locked loop ; Frekans sentezleyici = Frequency synthesizer ; GPS = Global Positioning System ; Osilatörler = Oscillators ; Yüksek frekans = High frequency

Özet:
Bu tez çalışmasında yüksek frekansta çalışan alıcı sistemler için 10,5 GHz merkez frekansı etrafında çalışan, yüksek hassasiyet ve düşük faz gürültüsü özelliğine sahip, yapısında dielektrik rezonatör kullanılan frekans sentezleyici (ing. Dielectric Resonator Oscillator, DRO) birimin modelleme ve gerçeklemesi anlatılmaktadır. Dielektrik rezonatör, dar bir frekans aralığında rezonans özelliği gösteren bir elektronik elemandır. DRO, yüksek frekans kararlılığı, yüksek çalışma frekansları, düşük sıcaklık duyarlılığı, küçük boyut gibi özelliklerinden dolayı askeri sistemlerde tercih edilmektedir. Elektronik harp sistemlerinin yanında haberleşme sistemleri ve radar sistemlerinde de kullanılmaktadır.
Dielektrik rezonatörlü osilatörler 3 farklı şekilde tasarlanabilir: Tepkime tipi, iletim tipi, yansıma – negatif direnç tipi. Bahsedilen metotların incelenmesi sonucunda çalışmamızda istenen frekansta en yüksek performansı sağlayacak yöntem olarak negatif direnç yöntemi benimsenmiştir. Bu yöntem kullanılarak modelleme yapıldıktan sonra tasarımı gerçekleme aşamasına geçilmiştir. Gerçeklenen osilatörün faz gürültüsü performansını arttıran ve çalışmamızın özgünlüğünü sağlayan kısım, osilatörün faz kilitlemeli döngü ile harici bir referans frekansına kilitlenmesinin sağlanması ve bu harici frekansın da küresel konumlama sistemi (ing. Global Positioning System, GPS) sistemlerinde kullanılan referans saat işaretinden elde edilmesidir. Tez çalışmamızın sonunda, literatüre GPS disiplinli osilatör tasarımı konsepti ile ilgili katkıda bulunmanın yanı sıra, çalışma sonunda ortaya çıkan ürün TÜBİTAK tarafından yürütülen elektronik harp projelerinde kullanılarak askeri cihazların millileştirilmesine de katkı sağlanacaktır.
Bu araştırmada elde edilen bulgular, DRO performansının GPS disiplinli referans frekansı ile birlikte faz kilitli döngü kavramı kullanılarak iyileştirilebileceğini göstermiştir. Bununla beraber, GPS yapısından faydalanarak, farklı noktalarda bulunan osilatörlerin frekans senkron olarak çalışmasının mümkün olduğu değerlendirilmiştir. Son olarak, osilatörlerin faz gürültüsü performansının haberleşme sistemlerindeki bit hata oranı parametresi üzerindeki etkisi analiz edilmiştir.

Abstract:
In this thesis, modeling and realization of a frequency synthesizer using dielectric resonator (Dielectric Resonator Oscillator, DRO) operating around 10.5 GHz center frequency and with low phase noise feature is described. Dielectric resonator is an electronic element that resonates in a narrow frequency range. DRO is preferred in military systems due to its features such as high frequency stability, high operating frequencies, low temperature sensitivity and small size. It is used in communication systems and radar systems as well as electronic warfare systems.
Oscillators with dielectric resonators can be designed in 3 different ways: Reaction type, conduction type and reflection – negative resistance type. As a result of the examination of the mentioned methods, the negative resistance method has been adopted as the method that will provide the highest performance at the desired frequency in our study. After modeling using this method, the design realization phase was started. Locking the oscillator frequency to an external reference frequency, which is obtained from the reference clock signal used in GPS systems, improves the phase noise performance of the realized oscillator and authenticates the originality of our study. Besides contributing to the literature about the "GPS Disciplined Oscillator" concept, the end product of our thesis work will be used in electronic warfare projects carried out by TÜBİTAK, and the foreign dependency of military devices will be reduced.
According to the findings obtained in this study, it was concluded that the performance of DROs can be improved by using the concept of phase locked loop with GPS disciplined reference frequency. Moreover, we showed that it is possible for oscillators placed in different locations to operate frequency synchronously by using GPS structure. Finally, the effect of phase noise performance of oscillators on bit error ratio parameter in communication systems is analyzed.