Zaman modülasyonlu dizi anten sistemlerinin bilişsel radyo uygulamalarında kullanımlarının incelenmesi
Investigation of uses of time modulated array antenna systems in cognitive radio applications
Yazar: UĞUR YEŞİLYURT
Danışman: DOÇ. DR. ERTUĞRUL AKSOY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten dizileri = Antenna arrays ; Modülasyon = Modulation ; Radyasyon = Radiation ; Yayılma = Propagation

Özet:
Zaman modülasyonlu dizi elemanlarının periyodik olarak anahtarlanması nedeniyle, ana frekans bileşenine ek olarak, yan bant olarak bilinen sonsuz sayıda harmonik bileşen oluşmaktadır. Çalışmaların birçoğunda kayıp olarak görülen bu harmoniklerin bastırılması için eniyileme yöntemleri ile tasarım parametreleri optimize edilmektedir. Birinci adımda istenilen yan kulakçık seviyesini elde etmeyi ve ikinci adımda harmonik bileşenleri bastırmayı hedefleyen iki aşamalı Diferansiyel Evrim algoritması ile daha kısa sürede daha iyi sonuçlar elde edilmiştir. Daha sonraki çalışmalar harmonik bileşenlerin her zaman bir kayıp oluşturmayabileceğini ve faydalı amaçlar doğrultusunda kullanılabileceğini göstermektedir. Genellikle düşük dereceli harmonik bileşenler ve harmonik küme üzerinde hüzme oluşturulmaktadır. Önceki çalışmalardan farklı olarak istenilen harmonik bileşen üzerinde yeni bir uyarım dalga sinyali ile verimli bir şekilde hüzmeleme yapılmıştır. Ayrıca diğer harmonik bileşenler tamamen bastırılarak sinyal bant genişliği artırılmıştır. Kullanıcı sinyali ana bileşene ek olarak harmonik bileşenlerden de eş zamanlı olarak iletildiğinden dolayı güvenli iletişim için bir sorun oluşturmaktadır. Periyodik sinüzoidal sinyaller kullanarak farklı harmonik frekanslarda bağımsız iletişim sağlanmış ve alt dizi yapısı ile oluşan karmaşıklık azaltılmıştır. Son olarak zaman modülasyonlu dizi tasarlanırken genellikle izole bir ortam düşünülmektedir. Yer düzleminin etkisini araştırmak için mükemmel iletken yer düzlemi üzerinde tekdüze ve tekdüze olmayan zaman modülasyonlu dizinin ışıma örüntüsü incelenmiştir. Her iki dizi için harmoniklerde harcanan güç ifadesinin yeni bir kapalı form ifadesi elde edilmiştir. Ayrıca, yer düzlemi senaryosunda dizinin ışıma verimliliğinin yüksekliğe bağlı olarak değiştiği görülmektedir.

Abstract:
Due to the periodic switching of time-modulated array elements, an infinite number of harmonic components known as sidebands are formed in addition to the main frequency component. In order to suppress these harmonics, which are seen as losses in most of the studies, the design parameters are optimized with optimization methods. Better results have been obtained in a shorter time with the two-stage Differential Evolution algorithm, which aims to obtain the desired side lob level in the first step and suppress the harmonic components in the second step. Later studies show that harmonic components may not always cause a loss and can be used for beneficial purposes. Usually, the beamforming is formed on lower harmonic components and harmonic clusters. Unlike previous studies, beamforming on the desired harmonic component has been done efficiently with a new excitation wave signal. In addition, the signal bandwidth is increased by completely suppressing other harmonic components. Since the user signal is transmitted simultaneously from harmonic components in addition to the main component, it creates a problem for secure communication. By using periodic sinusoidal signals, independent communication is provided at different harmonic frequencies and the resulting complexity is reduced by the sub-array structure. Finally, an isolated environment is usually considered when designing a time-modulated array. To investigate the effect of the ground plane, the radiation pattern of the uniform and non-uniform time-modulated array on the perfect conductor ground plane has been investigated. A new closed-form expression of the power dissipated in harmonics has been obtained for both arrays. In addition, it is seen that the radiation efficiency of the array in the ground plane scenario changes depending on the altitude.