Frekans modülasyonlu sürekli dalga radarı tasarımı ve gerçeklemesi
Frequency modulated continuous wave radar design and application
Yazar: OSMAN CEYLAN
Danışman: ÖĞR. GÖR. H. BÜLENT YAĞCI
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Mikrodalga radarlar = Microwave radars

Özet:
Radarlar mikrodalga elektroniğinin en kapsamlı ve karmaşık konularındandır. Birden çok yapıyı (karıştırıcı, gerilim kontrollü osilatör, anten vb.) içermesinin yanı sıra bu yapıları uyumlu bir şekilde çalıştırmak da gerektiğinden önemli bir mühendislik uygulamasıdır. Savunma sanayi başta olmak üzere endüstriyel uygulamalarda da önemli bir kullanım alanı vardır. Radarlar ile bir cisme olan uzaklık, cismin hızı ve açısal konumu belirlenebilir.Tez kapsamında bir Sürekli Dalga Kısa Mesafe Radarı'nın (FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave) tasarımı öncelikle bilgisayar ortamında yapılmış, daha sonra gerçeklenerek testleri yapılmıştır. Tasarım esnasında AWR WMO, Ansoft HFSS, MATLAB, Orcad PSpice yazılımları kullanılmıştır. AWR yazılımı ile anten, anten dizisi ve melez bağlayıcı (hybrid coupler) tasarlanmıştır. Tasarlanan anten dizisinin HFSS ile de benzetimi yapılarak 2 farklı elektromanyetik benzetim programı ile tasarım doğrulanmıştır. PSpice ile karıştırıcı çıkışına bağlanacak kuvvetlendirici tasarımı yapılmıştır. MATLAB ile de radar işaretinin analizi yapılmıştır. Bütün elektronik devre kartlarının tasarımları yazılımlar ile yapılmış ve üretimleri Türkiye'deki yerli elektronik kart üreticilerine yaptırılmıştır.Radarın parçaları öncelikle ayrık olarak tasarlanmış, üretilmiş ve test edilmiştir. İlk olarak anten tasarımı yapılmış ardından antenlerin bant genişliğine uygun bağlayıcı tasarlanmıştır. Bu bant genişliğinde işaret üretebilmek için gerekli kontrol devresinin tasarımının ardından karıştırıcı çıkışındaki işareti kuvvetlendirmek üzere düşük gürültülü bir kuvvetlendirici tasarımı yapılmıştır. Bütün ayrık parçalar çalışır hale getirildikten sonra sistem birleştirilerek radar oluşturulmuş ve testler yapılmıştır.Radarın tamamlanmasının ardından mesafe testleri yapılmıştır. Öncelikle boşta çalışma gürültüsünü belirlemek için radar anteni gökyüzüne tutulmuş ve veri kaydı yapılmıştır. Daha sonra farklı mesafelerdeki hedefler ile ölçüm yapılmıştır. Hedeften alınan işaretin boşta çalışma gürültüsünden çıkartılması ile hedeften dönen işaret elde edilmiş ve analizi yapılmıştır.Tasarlanan radar başarılı bir şekilde çalıştırılmış ve beklenilen hata ölçüleri içerisinde yeterli doğrulukta ölçüm yapılmıştır.Çalışma sonunda mikrodalga elektroniği konusunda önemli bir tasarım ve üretim bilgisi kazanılmıştır. Gelecek çalışmalar için önemli bir temel oluşturulmuştur. Anten dizisinin geliştirilmesi, daha yüksek güçte tasarımların yapılması ve mikrodenetleyici kullanımı ile daha yetenekli ve daha düşük maliyetli tasarımların hazırlanabileceği öngörülmüştür.

Abstract:
Radar is one of the most important and compherensive part of microwave electronics. Radars contain lots of structure (antenna, mixer, VCO, etc.) and it is necessary to work them synchronic. So a radar design is a significant engineering application. Defence and commercial industries use radar for measurements and target tracking. A radar can detect target?s velocity, distance and angular position.By the thesis project, a frequency modulated continuous wave radar was designed and realized for short range measurements. AWR WMO, Ansoft HFSS, MOTLAB and Orcad PSpice softwares were used at design period. Antenna and antenna array, hybrid coupler were designed by ARW WMO. Antenna array was simulated by Anfost HFSS again. So array design was checked twice by different electrmagnetic analysis softwares. Low noise amplifier was designed by Orcad PSpice. Radar signals were processed by MATLAB. All PCB designs were done by softwares and manufactured in Turkey.Radar parts were designed, manufactured and tested one by one. Firstly antenna design was copmleted. Antennas bandwidth determined couplers center frequency and to produce this signal from VCO, a control circuit was designed. Finally mixer?s IF output a low noise amplifier was designed.After the production of parts, they were connected each other. To determine radar noise its? antenna was guieded to sky. After saving noise data, distance measurements were done and analysed by MATLAB.End of the project distance measurement was succesfully done by the designed FMCW radar in determined tolerance interval.