Sarmal antenlerin boyutlarının küçültülmesi
Miniaturization of helical antennas
Yazar: ERTUĞ ERDEM
Danışman: PROF. DR. BİRSEN SAKA TANATAR
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Sarmal antenler genel olarak tasarımı kolay bir anten türüdür. Tel burgular yardımıyla tasarlanan bu anten tipleri aynı zamanda dairesel polarizasyona sahip olabildiğinden kutuplanması birbirine dik iki doğrusal bileşenle gösterilebilir. Bu sayede hem yatay hem de dikey polarizasyona sahip antenlerden sinyal alabilirler ayrıca Faraday dönmesine uğrayan sinyalleri de alabilmesi uydu ve telsiz iletişiminde kullanımını arttırmıştır. 
Farklı geometrilerle tasarlanabilen sarmal tip antenlerin birbirlerine göre hem fiziksel özellik olarak hem de performansları açısından çeşitli avantajları ve dezavantajları mevcuttur. Tasarımda istenilen antenin özelliklerine göre farklı genişlikte, uzunlukta ve  buna uygun geometrideki sarmal antenler kullanılabilir. Dörtlü sarmal (Quadrifilar), spiro sarmal, küresel sarmal farklı sarmal anten tiplerinden bazılarıdır.
Sarmal tip antenlerin kullanım yerlerindeki fiziksel engeller, benzer performansta daha düşük hacimli anten yapılabilir mi sorusunu ortaya çıkarmıştır. Çalışmalar sonucunda da çeşitli metotlar geliştirilerek anten hacminde iyileştirmeler gerçekleştirilmiştir. Farklı frekans bantlarında etkin olan bu metotlardan bazıları, incelemesi gerçekleştirilen L bandında da etkili olmuştur. Anten hacmi ile ilgili herhangi bir fiziksel engel bulunmayan durumlarda ise antenden istenilen yönde maksimum performans göstermesi hedeflenmiştir. Bu sayede anten kazancında, bant genişliğinde, polarizasyonunda, geri dönüş kayıplarında çeşitli iyileştirmeler sağlayan metotlar etkin olarak kullanılmıştır. Bu metotların en başında anten geometrisini değiştirmek gelir. Tezde farklı sarmal tip antenleri deneyerek en iyi sonuçların elde edilmesi hedeflenmiştir. Ayrıca anteni birden fazla kalkış açısına sahip olacak şekilde sarma, anten toprak yüzeyinin geometrisini değiştirme ve yüzeyinde yarıklar oluşturma, anteni dielektrik silindir etrafına sarma, antenin sonuna metal plaka veya halka ekleme gibi metotlar L bandı için tezde incelenen çalışmalar olmuştur. Sonuç olarak yaygın olarak kullanılan sarmal antenlere göre farklı tasarımlarla anten boyu %20 düşürülmüş, daha geniş frekans bandında daha düşük eksenel oran sağlanıp polarizasyon iyileştirilmesi gerçekleşmiş, anten kazancında %30'a yakın iyileşme gözlenmiş, çok daha geniş gücün yarıya düşme genişliği sağlanmış ve giriş empedansı daha kolay uyumlanabilen tasarımlar gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
Helical antennas are generally an easy to design type of antenna. These antenna types, which are designed for wire bending, can have circular polarization, so that their polarization can be represented by two linear components perpendicular to each other. On this side, they can receive signals from both antennas with horizontal and vertical polarization and the ability to receive signals from Faraday rotation has increased its use in satellite and radio communications.
The helical type antennas which can be designed with different geometries have various advantages and disadvantages in terms of both physical properties and performances compared to each other. Different width, length and geometry can be used according to the desired antenna characteristics.. Quadrifilar helical, spiro helical, spherical helical are some of the different helical antenna types.
The physical obstacles at the places of use of the helical type antennas reveal the question of whether a lower volume antenna can be made with similar performance. As a result of the studies, various methods have been developed and improvements in antenna volume have been realized. Some of these methods, which are effective in different frequency bands, have also been effective in the L band in which the study was conducted. In situations where there is no physical obstacle to the antenna volume, it is aimed to achieve maximum performance in the desired direction. In this respect, methods that provide various improvements in antenna gain, bandwidth, polarization, return losses are effectively used. At the top of these methods is to change the antenna geometry. In the thesis, it is aimed to obtain the best results by trying different helical type antennas. Methods such as bending the antenna to have multiple pitch angles (double pitch method), changing the geometry of the antenna ground plane and creating slots on the surface (DGS method), wrapping the antenna around the dielectric cylinder, and adding metal plates or rings to the antenna at the end of the antenna have been studied in the thesis for the L band. As a result, different designs have been realized and the antenna size has been reduced by 20% compared to the conventional helical antennas, a lower axial ratio has been achieved in the wider frequency band, polarization improvement has been achieved, antenna gain has improved to nearly 30%, wider HPBW has been achieved and input impedance is more easily matched.