Asimetrik eş düzlemsel vivaldi anten tasarımı
Asymmetrical coplanar vivaldi antenna design
Yazar: RECEP BAŞ
Danışman: PROF. AHMET KIZILAY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Asimetrik = Asymmetric ; Geniş bantlı şebekeler = Broadband networks ; Vivaldi anten = Vivaldi antenna

Özet:
Haberleşme teknolojilerinin gelişmesiyle antenlere olan ihtiyaç gün geçtikçe artmaktadır. Günümüzde kullandığımız neredeyse her teknolojik alette karşımıza çıkan antenlerde performans kaybı olmadan boyut küçültme(minyatürleştirme) çalışmaları yapılması bir gereklilik haline gelmiştir.
Bu çalışmada 200 MHz ile 2.5 GHz arası çalışan geniş bantlı bir anten tasarımı amaçlanmaktadır. Bu frekans aralığında çalışmaya uygun olması, üretim kolaylığı ve geniş bant özelliklerinden ötürü bu çalışmada Vivaldi antenler üzerinde durulmuştur.
Bu çalışmanın ilk aşamasında literatürde kullanılan Vivaldi anten türlerinden biri olan eş düzlemsel Vivaldi anten ile bu frekans aralığı için bir tasarım yapılmıştır. Bu tasarımdaki antenin alt kesim frekansı 200 MHz olduğundan dolayı anten ölçüleri oldukça büyük çıkmıştır. Düşük frekanstan dolayı antende oluşan boyut dezavantajlarını gidermek adına parametrik analizler yapılmıştır.
Parametrik analizler sonucu anten boyutu küçülmüş ancak istenen geri dönüş kaybı değerleri elde edilemeyince antende bulunan eksponansiyel eğriler de parametrik analize dahil edilmiştir.
İki eğri farklı katsayılarda seçilerek asimetrik eğriler elde edilmiştir. Bu özelliklerle elde edilen ve eksponansiyel eğrileri asimetrik olan anten, asimetrik eş düzlemsel Vivaldi anten olarak adlandırılmıştır.
Ölçüleri ilk tasarlanan yapıya göre yaklaşık %33 daha küçük olan asimetrik eş düzlemsel Vivaldi anten ve geleneksel eş düzlemsel Vivaldi antenin simülasyon sonuçları karşılaşırıldığında sonuçların kazançta bir miktar düşüş olmasına ragmen geri dönüş kaybında büyük oranda benzerlik gösterdiği görülmüştür.
Simülasyon sonuçlarını doğrulamak adına antenin geri dönüş kaybı ve ışıma örüntüsü testleri yapılmıştır. Geri dönüş kaybı grafiği simülasyonla büyük oranda benzerlik göstermiş, ışıma örüntülerinde ise antenin hüzme yönlerinin hemen hemen aynı olduğu görülmüştür.

Abstract:
With the development of communication technologies, the demand for antennas is increasing day by day. Today it has become a necessity to make studies for size reduction(miniaturization) without performance loss in antennas that we encounter in almost every technological device we utilize.
In this study, it is aimed to design a broadband antenna operating between 200MHz and 2.5GHz. This study is focused on Vivaldi antennas due to their suitability for operation in this frequency range, ease of manufacture and wideband characteristics.
In the first stage of this study, a design was made for this frequency range with the coplanar Vivaldi antenna, which is one of the Vivaldi antenna types used in the literature. The antenna dimensions are quite large since the lower cut-off frequency of the antenna in this design is 200MHz. Parametric analyzes were carried out in order to eliminate the size disadvantages of the antenna due to low frequency.
As a result of the parametric analysis the antenna size was decreased but the desired return loss values could not be obtained, that's why the exponential curves in the antenna were also included in the parametric analysis.
Asymmetric curves were obtained by choosing two curves with different coefficients. The antenna obtained with these features and whose exponential curves are asymmetrical is called asymmetrical coplanar Vivaldi antenna.
The dimensions of the asymmetrical coplanar Vivaldi antenna are approximately 33% smaller than the first designed structure. The simulation results of this antenna and the traditional coplanar Vivaldi antenna were compared and it is seen that the results are quite similar in return loss values but there is a slight decrease in the gain.
In order to verify the simulation results, antenna return loss and radiation pattern tests were performed. The return loss graph showed a great similarity with the simulation and it was seen that the beam directions of the antenna were almost the same in the radiation patterns.