Doğrusal dizilim antenlerin ışıma örüntülerinin sentezi
Radiation pattern synthesis of linear array antennas
Yazar: FİKRET TOKAN
Danışman: PROF. DR. FİLİZ GÜNEŞ
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten dizileri = Antenna arrays

Özet:
Bu tez çalışmasında, radar ve iletişim sistemlerinde hayati öneme sahip olan sinyal gücünün gürültü gücüne oranının arttırılması, uzun mesafede haberleşme sağlanabilmesi için yönlülük değeri oldukça yüksek olan huzmeler üretilmesi, girişim içeren sinyallerin bulunduğu doğrultuların bastırılması ve vericiden gönderilen sinyallerin ulaşması istenilmeyen dar/geniş bölgelere sinyallerin çok düşük seviyede ulaşması taleplerinin doğrusal dizilim anten sistemleri kullanılarak karşılanması üzerine çalışılmıştır. Burada belirtilen talepler birbiriyle çelişen tipte taleplerdir ve çok hedefli optimizasyon problemi haline getirilip optimize edilmelidirler. Burada optimize edilebilecek sistem parametreleri dizilimi oluşturan antenlerin genlikleri, fazları ve antenler arasındaki mesafelerdir. Bu tez çalışmasında çok hedefli optimizasyon problemi çözüm yöntemlerinden ilki olan hedeflerin ağırlıklı toplamlar şeklinde ifade edilerek optimizasyonu, bu alanda literatürde ilk kez kullanılan ve deterministik bir yöntem olan genelleştirilmiş patern arama (GPA) metodu kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Bir diğer çok hedefli optimizasyon problemi çözüm yöntemi de hedeflerin Pareto sınırlarının elde edilmesidir. Bunun için daha önce tek bir amaç fonksiyonunda belirtilen hedefler, ayrı ayrı amaç fonksiyonlarıyla belirlenerek, yine literatürde bu alanda ilk kez kullanılan Domine Edilmemiş Sıralama Genetik Algoritması II (NSGA II) yöntemiyle optimize edilerek elde edilen sonuçlar GPA sonuçlarlarıyla kıyaslanmıştır. Tezde ayrıca faz dizilimli antenlerin de performansları ana huzmenin geniş bir bölgede tarama yaptığı durum için NSGA II yöntemiyle optimize edilerek hedeflere ait Pareto sınırları elde edilmiştir. Tez çalışması boyunca elde edilen tüm optimizasyon sonuçları için ayrıca Bilgisayar Benzetim Teknolojisi (CST) benzetimi yarım-dalga dipol antenler kullanılarak gerçekleştirilmiş ve böylece antenler arasında oluşabilecek ortak kuplaj etkilerinin minimuma indirilmesi için gerekli sistem kısıtlamaları belirlenmiştir.

Abstract:
In this thesis, the demands from a communication system such as increasing the ratio of signal to noise which is a crucial problem in radar and communication systems, obtaining narrow beams with high directivity value to meet the demands of long distance communication, suppressing the directions having interfering signals and suppressing the signal level directed to the enemy narrow/broad regions are aimed to be achieved with linear array antennas. These objectives are generally conflict with each other and each objective must be optimized without making the others worse. The system variables that will be optimized are the excitation amplitudes, phases of the elements and the inter-element spacings between the elements. In this thesis, the multi-objective optimization problem is accomplished by using generalized pattern search algorithm (GPS) which is firstly used in literature by this thesis for optimizing radiation pattern characteristics of an array. The GPS algorithm is optimized the objective functions having weighted sums of each demand. Another way of solving multi-objective optimization problems is obtaining the Pareto frontiers of the objective functions. Hence, the demands gathered in a weighted sum for GPS optimization are stated as separately objective functions for obtaining Pareto frontiers. The Pareto frontiers of the objective functions are achieved using a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA II) which is also firstly used in literature by this thesis for multi-objective optimization problems. The results obtained using GPS are compared with results of NSGA II algorithm to put forward the success of the optimization procedures. Besides, the radiation patterns of phased arrays are also optimized for beam scanning in a broad region by obtaining Pareto frontiers method. All the optimization results obtained in this thesis are verified by Computer Simulation Technology (CST) software using half-wave dipole antennas in the array to determine the system constraints that must be obeyed to minimize the mutual coupling effects between the array elements.