2-18 GHz yön kestirim amaçlı spiral anten dizisi tasarım ve gerçeklemesi
2-18 GHz spiral antenna array design and implementation for direction finding application
Yazar: EREN AKKAYA
Danışman: PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Arşimet spirali = Archimedean spiral

Özet:
Spiral anten, literatürde yaygın olarak bilinen bir anten tipidir. Geniş frekans bantlarına uygun tasarlanabilen bir topolojisinin olması, geniş hüzme açı aralıklarında düşük eksenel oran parametresini sağlayabilmesi ve frekanstan bağımsız olarak tanımlanan antenler grubuna dâhil olmasından dolayı sivil ve askeri birçok uygulama alanı için vazgeçilmezdir.
Spiral antenler, sinyal spektrumu takibi, elektronik istihbarat ve RF verici kaynakların yönünün tespitine yönelik askeri uygulamalarda yukarıda bahsedilen özelliklerinden dolayı en çok tercih edilen anten tiplerinden biridir.  Ancak bazı uygulamalar vardır ki antenin sağlaması gereken performans parametrelerinin değer aralığı çok dardır ve bunu geniş bir frekans bandı için korumak oldukça zordur.  RF verici kaynakların yön kestirimi uygulamalarında kullanılmak istenen spiral antenlerin tasarımlarında antenin frekans bandı boyunca ışıma diyagramının istikrarlı olması ve geniş hüzme açı aralıklarında eksenel oran parametresinin dB cinsinden 3 ün altında olması hedefi bu türden bir zorluktur. Tez çalışmamda bu zor tasarım isterinin sağlanabilmesi amacıyla yön kestirim uygulamalarında kullanılan spiral antenlerin besleme ağında yaygın olarak kullanılan Marchand balun devresinin performansından daha üstün bir performansa sahip olan Phelan balun devresi kullanılmıştır. 
Spiral anteni meydana getiren, anten kartı, soğurucu malzeme yüklü metal kavite ve besleme ağı alt bileşenlerinin tasarımları, detayları ile anlatılmış ve benzetimleri gerçekleştirilmiştir. Marchand ve Phelan balunlu iki adet spiral anten tasarlanmış, ürettirilmiş ve ölçülmüştür. Antenlerin performansları, anten kazancı, geniş hüzme açı aralıklarındaki eksenel oranı değerleri ve ışıma diyagramının istikrarlılığı yönünden karşılaştırılmıştır. Phelan balunlu spiral anten modelinin üstünlükleri bu karşılaştırma ile tespit edilmiştir.
Yön kestirim uygulamalarındaki performansının gösterilebilmesi amacıyla 2 elemanlı sektörel dizilimli anten dizisi tasarımı, üretimi ve ölçümü gerçekleştirilmiştir. Elde edilen ışıma diyagramı ölçüm sonuçları kullanılarak genlik ve faz karşılaştırmalı tekniklerin hibritlendiği bir yön kestirim uygulaması gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Spiral antenna is a type of antenna widely known in the literature. It is indispensable for many civil and military applications because it has a topology that can be designed for wide frequency bands, it can provide low axial ratio parameter in wide beam angle ranges and it is included in the group of antennas defined independently of frequency.
Spiral antennas are one of the most preferred antenna types due to the aforementioned features in military applications for signal spectrum tracking, electronic intelligence and the direction of RF transmitting sources. However, there are some applications where the range of performance parameters that the antenna must provide is very narrow and it is very difficult to maintain for a wide frequency band. The most important difficulty in the design of spiral antennas which are intended to be used in the direction estimation applications of RF transmitting sources is that the radiation diagram along the frequency band of the antenna is stable and the axial ratio parameter is less than 3 in dB in wide beam angle ranges. In order to provide this difficult design requirement, Phelan balun circuit which has superior performance than Marchand balun circuit which is commonly used in the feed network of spiral antennas used in direction estimation applications was used in my thesis.
The sub-components that make up the spiral antenna; antenna card, metal cavity loaded with absorber materials and feeding network are explained in detail and simulated. Two spiral antennas with Marchand and Phelan baluns were designed, manufactured and measured. The performances of antennas were compared in terms of antenna gain, axial ratio values in wide beam angle ranges and stability of the radiation patterns. The advantages of the spiral antenna with Phelan balun model have been determined by this comparison.
In order to demonstrate the performance of the antenna in direction estimation applications, a 2-element sectoral antenna array was designed, produced and measured. Direction determination analysis with amplitude and phase comparison was performed by using the obtained radiation diagram measurement results.