Yönlü anten ve anten dizileri için geniş bantlı ve geniş tarama açılı doğrusal 45° polarizör tasarımı
Design of wideband and wide scan angle slant polarizer for directional antennas and antenna arrays
Yazar: KORAY SÜRMELİ
Danışman: PROF. DR. AHMET KIZILAY
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Anten dizileri = Antenna arrays ; Huni anten = Horn antenna ; Mikroşerit antenler = Microstrip antennas ; Polarizasyon = Polarization ; Polarizasyon testi = Polarization test

Özet:
Radar sistemlerinde, yön bulma sistemlerinde ve elektronik karşı taarruz sistemlerinde hedeflerin polarizasyonlarının farklı olmasından dolayı antenlerin tüm polarizasyondaki sinyalleri alması istenmektedir. Doğrusal 45° polarizasyona sahip olan antenler hem yatay polarizeli, hem düşey polarizeli hem de sağ el ve sol el dairesel polarizeli sinyalleri alabilir ve gönderebilirler. Bu nedenle doğrusal 45° polarizeli antenler yukarıda bahsedilen sistemler için uygun olmaktadır. Ayrıca 5G mobil sistemlerinde polarizasyon çeşitliliği sağlamak amacıyla doğrusal 45° polarizeli antenler kullanılmaktadır. Tez kapsamında, yönlü anten ve anten dizileri için doğrusal polarizeli (yatay veya düşey polarizeli)  bir antenin polarizasyonunu, doğrusal 45° polarizasyona çeviren bir polarizör tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan bu polarizör ile tek bir polarizasyondaki sinyalleri alıp gönderebilen bir anten yatay, düşey ve dairesel polarizasyona sahip sinyalleri alıp gönderme yeteneğine sahip olmaktadır. Polarizör, geniş bir empedans ve ışıma diyagramı bant genişliğine sahip olabilmesi amacıyla çok katlı olarak tasarlanmıştır. Polarizörü oluşturan her bir katta metalik şeritler yer almaktadır ve her bir kattaki şeritler farklı bir açısal oryantasyona sahiptir.  Tez kapsamında, polarizörün teorik altyapısı incelenmiş ve tasarım denklemleri verilerek bu denklemlerin kullanıldığı ilgili parametrelerin hesapları gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan polarizörün performansını test edebilmek amacıyla iki farklı frekans aralığında çalışan standart kazançlı horn anten, geniş bantlı horn anten ve katlı yama anten dizisi tasarlanmış ve polarizör tasarlanan bu antenlerin önüne yerleştirilerek benzetim çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Benzetim çalışmalarında tam dalga çözüm yapan elektromanyetik benzetim programı kullanılmıştır. Benzetim çalışmalarının ardından tasarımı gerçekleştirilen polarizör ile tasarımı gerçekleştirilen standart kazançlı horn antenler, geniş bantlı horn anten ve katlı yama anten dizisi üretilmiştir. Üretilen polarizör ve antenlerin geri dönüş kaybı ile ışıma diyagramı ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Ölçümler küresel yakın alan ölçüm sisteminde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar grafikler halinde verilmiştir.  Ölçüm sonuçları polarizörün hem yönlü antenler için hem de yönlü anten dizileri için polarizasyonu başarılı bir şekilde doğrusal 45° polarizasyona dönüştürdüğünü göstermektedir. Ayrıca ölçüm ve benzetim sonuçlarının birbirlerine oldukça yakın olduğu gözlenmiştir.

Abstract:
In radar, direction finding and electronic counter measure systems, the antennas are required to receive all polarized signals due to the different polarization of the targets. Slant (Linear 45°) polarized antennas, can receive and transmit both vertical, horizontal and also right hand, left hand circular polarized signals. Thus, slant (linear 45°) polarized antennas are suitable for the abovementioned systems. Besides, slant (linear 45°) polarized antennas are used in 5G mobile communication systems to provide polarization diversity.  In this thesis, a design of a slant (linear 45°) polarizer is realized that changes the linear polarization (vertical or horizontal polarization) to the slant (linear 45°) polarization for directive antennas and antenna arrays. Through this designed polarizer, an antenna that can receive and transmit signals in a single polarization is capable of receiving and transmitting horizontal, vertical and circular polarized signals. The polarizer is designed as a multi layer structure to obtain wide impedance and pattern bandwidth. Each layer forming the polarizer consists of metallic strips and these strips in each layer have a different angular orientation. In this thesis, the theory of the polarizer is examined, design equations are obtained and the related parameters are calculated by these given equations. In order to demonstrate the performance of the designed polarizer, two standard gain horn antennas which operate different frequency bands, a wide band double rigid horn antenna and a stacked patch antenna array are designed. Then, the polarizer is placed right in front of these designed antennas and simulations are examined. Full wave electromagnetic program is used for simulations. After the simulations the designed polarizer, the designed horn antennas and stacked patch antenna array are manufactured. Return loss and pattern measurements are made for the manufactured polarizer and antennas. The measurements are made in the spherical near field measurement system. The obtained results are given as graphs.  The measured results show that the designed polarizer successfully changes the linear polarization to the slant (linear 45°) polarization for the both directive antennas and arrays. Also, very good agreement between the measurements and simulations is obtained.