Yüksek kazançlı, geniş bantlı, boyutu küçültülmüş tekstil arşimet spiral anten tasarımı
Design of high-gain, wideband, low-profile textile archimedean spiral antenna
Yazar: MEHMED YASİN OTLU
Danışman: PROF. DR. NURHAN TÜRKER TOKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Arşimet spirali = Archimedean spiral

Özet:
Günümüz radar sistemlerinde geniş bant ve kazancı yüksek anten kullanım ihtiyacı giderek artmaktadır. İlgili ihtiyacı sağlayan ve doğrusal polarizasyona sahip alıcı ve verici antenler, polarizasyon hizalamalarından dolayı sistemin istenilen verimlilikte çalışmasını zor hale getirebilmektedir. Sinyal bağlantı verimliliğini daha iyi hale getirebilmek ve hedef cisimlerin yüksek doğrulukta tespitini sağlamak için dairesel polarize anten kullanımı gerekli hale gelmektedir. Bu uygulamalarda geniş bant ve dairesel polarizasyon özelliklerine sahip spiral antenler sıklıkla kullanılmaktadır. Spiral antenlerde en düşük çalışma frekansı anten boyutlarını belirlemektedir. Bu durum, anten boyutlarının istenenden büyük olmasına neden olmaktadır. Boyutu büyük ve geleneksel sert malzemelerden üretilen spiral antenlerin zorlu saha uygulamalarında kullanımı kısıtlanmaktadır. Tez kapsamında, düşük eksenel oran ve yüksek kazanç değerlerine sahip Arşimet spiral antenin tekstil teknolojisi kullanılarak tasarımı ve üretimi gerçekleştirilmiştir. Tekstil malzemelerden üretilen antenlerin esnek bir formda olacağı bilinmektedir. Esneklik, benzetimi yapılan antenin pratikte formunun değişebileceğine ve yapısında bozulmaların oluşabileceğine ihtimal vermektedir. Benzetim ortamında da yapı bozulmaları analiz edilerek anten performans karşılaştırması yapılmıştır. Üretim aşamasında spiral antende ışımanın tek yöne olması için kullanılan alt taban yansıtıcı yüzey ve spiral desen, lazer kesim kalıp kullanılarak düşük özdirence sahip iletken bant entegrasyonu ile elde edilmiştir. Alt ve üst yüzey arasında kalan boşluk kısım strafor köpük malzemesi ile doldurularak anten tamamlanmıştır. Spiral antenin giriş empedansı ile 50 Ω'luk konektör arasında elektronik balun kullanılarak empedans uyumu sağlanmıştır. Küçük boyutlu balun, strafor köpük içine gömülerek spiral uçlarına bağlantısı yapılmıştır. Kumaş kılıf üretimi yapılarak antene giydirilmiştir. Bu sayede antenin fiziksel faktörlerden korunması ve rahat bir şekilde taşınması sağlanmıştır. Benzetim ve ölçüm sonuçları karşılaştırmalı olarak verilmiştir.

Abstract:
In today's radar systems, the need for broadband and high gain antennas is increasing. Receiver and transmitter antennas with linear polarisation can make it difficult for the system to operate at the desired efficiency due to their polarisation alignment. The use of circularly polarised antennas is becoming necessary to improve the signal link efficiency and to provide high accuracy detection of target objects. In these systems, spiral antennas with broadband and circular polarisation are frequently used. In the case of spiral antennas, the lowest operating frequency determines the antenna dimensions. This causes the antenna dimensions to be larger than desired. The use of spiral antennas, which have large dimensions and are made of conventional hard materials, is restricted in harsh field applications. In this thesis, Archimedean spiral antenna with low axial ratio and high gain has been designed and fabricated using textile technology. It is known that antennas made of textile materials will have a flexible form. Flexibility makes it possible that the form of the simulated antenna may change in practice and distortions may occur in its structure. In the simulation environment, structural distortions were analysed and antenna performance comparison was made. In the production phase, the bottom base reflective surface and the spiral pattern used for unidirectional radiation in the spiral antenna were obtained by integrating low resistivity conductive tape using a laser cutting mould. The antenna structure was completed by filling the gap between the bottom and top surface with styrofoam foam material. Impedance matching was achieved by using an electronic balun between the input impedance of the spiral antenna and the 50 Ω connector. The small sized balun was embedded in styrofoam foam and connected to the spiral ends. A fabric cover was produced and put on the antenna. In this way, the antenna is protected from physical factors and can be carried comfortably. Simulation and measurement results are given comparatively.