X-band faz dizili anten tasarımı ve analizi
X-band phased array antenna design and analysis
Yazar: MELİH TÜRK
Danışman: DOÇ. DR. FİKRET TOKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Anten ışıma örüntüsünün farklı doğrultulara yönlendirilmesi mekanik olarak döndürme ve elektronik olmak üzere iki farklı şekilde yapılabilir. Mekanik yönlenmede huzmenin farklı hedeflerin üzerinden geçmesi milisaniye seviyesindedir. Bu da hedef tespit ve takip performansı için büyük bir dezavantaj teşkil etmektedir. Bu olumsuzluğu aşmak ve elektronik huzme taraması yapmak için faz dizili anten yapıları tasarlanmaktadır. Bu yapıda anten dizimizdeki her bir eleman farklı faz ve genlik değerleriyle beslenmektedir. Faz kaydırıcılar sayesinde tarama açısı içerisinde her bir elemanın ana ışıma lobu aynı doğrultuya yönlendirilir ve belirlenen sınırlar taranır. Huzme yönlendirme mekanik olarak değil de faz kaydırıcılar vasıtasıyla yapıldığından huzme yönlendirme için gereken süre mikro saniyeler mertebesindedir.
Bu tez çalışmasında X-bant (8-10 GHz) lineer ve düzlemsel faz dizili mikroşerit yama anten tasarımları gerçeklenmiştir. Lineer anten dizisi 8 elemandan oluşmaktadır 1 x 8 şeklinde x-düzleminde dizilmiştir. Düzlemsel anten dizisi ise 64 elemandan oluşmaktadır ve 8 x 8 şeklinde x-y düzlemlerinde dizilmiştir. Anten elemanı olarak katmanlı patch yapısı tasarlanmıştır. Alt katman  dielektrik sabiti düşük olan malzeme (ε_r= 3.3) ve yamalardan üst katman ise dielektrik katsayısı daha da düşük (ε_r=1.07) köpük benzer bir malzeme ve yamalardan oluşmaktadır. Bu yapı ile mikroşerit antenin bant genişliği %3.8'den %23 seviyesine çıkmıştır. Lineer faz dizili antenin kazancı tüm çalışma aralığında 14 dB ile 16 dB arasında değer almıştır. Anten elemanlarına genlik ağırlıklandırma uygulanarak yan lob seviyelerinin bastırıldığı görülmüştür. Bunun yanı sıra anten geometrisi asimetrik olarak tasarlandığında ana huzme karşıya ışıma yaparken oluşan arka lob seviyesi ana loba göre -18 dB seviyesinden -30 dB seviyelerine düşürülmüştür. Düzlemsel faz dizili anten kazancı ise tüm çalışma aralığında 21.5 dB ile 25 dB arasında değer almıştır. Tasarlanan faz dizili mikroşerit antenler X-bantta çalışan bir İHA tespit radar sisteminde lineer dizi verici, düzlemsel dizi ise alıcı anten olarak mobil bir sistem şeklinde kullanılabiliir.
Anahtar Kelimeler: Faz Dizili Anten Dizisi, Mikroşerit Anten, Elektronik Huzme Yönlendirme, X-bant Radar

Abstract:
Beam scannig can be done in 2 different ways: mechanical rotation and electronic. In mechanical Scannig, the beam passes over different targets in milliseconds. This is a major disadvantage for target performance. Phased array antenna structures are designed to overcome this drawback and perform electronic beam scanning. In this structure, each element in our antenna array is fed with different phase and amplitude values. By means of phase shifters, the main radiation lobe of each element in the scanning angle is directed in the same direction and the determined limits are scanned. Since the beam scanning is made by means of phase shifters rather than mechanically, the time required for beam Steering is in the order of micro seconds.
In this thesis, X-band (8-10 GHz) phase array microstrip patch antenna design has been realized. The linear antenna array is consist of 8 elements and they sequenced on x-plane. The planar antenna array is consist of 64 elements and they sequenced both x and y planes. The stacked patch structure is designed as the antenna element. The lower layer consists of a material with a low dielectric constant (ε_r=3.3) and the upper layer consists of a foam-like material with a lower dielectric coefficient (ε_r=1.07) and a patch antenna with a lower dielectric constant. With this structure, the bandwidth of the microstrip antenna has increased from %3.8 to 23%. The gain of array is seen in the whole working range between 14 dB and 16 dB. Array elements were observed to suppress side lobe levels by applying amplitude tapering. In addition, the antenna geometry was designed asymmetrically and the back lobe level was reduced from -18 dB to -30 dB levels compared to the main lobe. Planar phase array antenna gain is between 21.5 dB and 25 dB in the whole working range. The designed phase array microstrip antennas can be used a X-band mobile UAV (Unmanned Aerial Vehicles) detection radar system.
Keywords: Phased Array Antenna, Microstrip antenna, Electronic Beam Scan, X-Band Radar System