Horn anten performans parametrelerinin lens yapılarıyla iyileştirilmesi
Enhancement of horn antenna performance parameters by lens structures
Yazar: UTKU TURAN
Danışman: PROF. DR. NURHAN TÜRKER TOKAN ; DR. ÖĞR. ÜYESİ ALPER ÇALIŞKAN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Dielektrikler = Dielectrics ; Huni anten = Horn antenna ; Lensler = Lenses ; Metamalzemeler = Metamaterials

Özet:
Modern kablosuz haberleşme sistemlerinde yönlendirici antenler haberleşme linki için büyük önem arz etmektedir. Yüksek kazançlı olması sebebiyle horn antenler, elektromanyetik uyumluluk testlerinde, radar sistemlerinde, uydu ve uzaktan algılama uygulamalarında sıklıkla tercih edilmektedir. Horn antenin fiziksel boyutu, yüksek kazanç gerektiren uygulamalarda büyük ve ağır bir hal almaktadır. Bu sebeple horn antenlerin fiziksel boyutunu arttırmadan kazancı iyileştirmek önem arz etmektedir. X-bantta çalışan horn antenler WR90 dalga kılavuzu ile uyarılmaktadır. Bu çalışmada, X-band piramit horn antenlerin performans iyileştirmesi için lens yapılarının kullanımı önerilmiştir. Tasarlanan horn antenlerin tam dalga analizi CST Microwave Studio Suite programı kullanılarak yapılmıştır. Piramit horn anten ile 7-20 GHz frekans bant genişliğinde 13-21 dBi aralığında kazanç elde edilmektedir. Tasarımı yapılan horn antenin kazancını iyileştirmek için dielektrik lens ve metamalzeme lens kullanımı önerilmiştir. Dielektrik lens yapısı iki kısımdan oluşmaktadır. Bunlar planoküresel lens ve empedans uydurma katmanıdır. Hava ortamından dielektrik lens ortamına geçiş sınırında oluşan yansımaları azaltmak için planoküresel lensin düzlemsel bölgesi ile dalga kılavuzu arasına dikdörtgen piramit formunda bir empedans uydurma katmanı eklenmiştir. Planoküresel lensin eklenmesi ile horn antenin kazancında, 12 GHz üzerindeki frekanslarda kazanç artışı elde edilmiştir. Planoküresel lensin ve empedans uydurma katmanın horn antenin içerisine yerleştirilmesi ile 1.5 dB 'ye kadar kazanç artışı elde edilmiştir. Horn antenlerin performans iyileştirmesi için uygulanan diğer bir teknik metamalzeme lens ve dielektrik lens kullanılmasıdır. Horn antenin ağız açıklığına eklenen tel formda metamalzeme lens ve metamalzeme arkasında yerleştirilmiş piramit dielektrik lens ile 4 dB'ye kadar kazanç artışı elde edilmiştir. Üretimi yapılan horn antenin ve metamalzemeli horn antenin yansıma katsayısı, radyasyon paterni ve anten kazancı ölçülmüştür.

Abstract:
In modern wireless communication systems, router antennas are of great importance for the communication link. Due to its high gain potential, horn antennas are frequently preferred in electromagnetic compatibility tests, radar systems, satellite and remote sensing applications. The physical size of the horn antenna becomes too large and heavy for the applications that require high gain. For this reason, it is important to improve the gain without increasing the physical size of horn antennas. Horn antennas which are radiating at X-Band are alerted by the WR90 waveguide. İn the thesis, the use of lens structures is proposed for performance improvement of X-band pyramid horn antennas. The full-wave analysis of the designed horn antennas has been made using the CST Microwave Studio Suite program. A gain in the range of 13-21 dBi has been obtained with the horn antenna in the 7-20 GHz frequency bandwidth. In order to improve the gain of the designed horn antenna, the use of dielectric lenses and matematerials has been suggested. The proposed dielectric lens structure consists of two parts. These are the planospherical lens and the impedance matching layer. An impedance matching layer in the form of a rectangular pyramid has been added between the planar region of the planospherical lens and the waveguide in order to reduce the reflections at the transition boundary from the air medium to the dielectric lens medium. With the addition of the planospherical lens, the gain of the horn antenna increased at frequencies above 12 GHz. By placing the planospherical lens and the impedance matching layer inside the horn antenna, a gain increase of up to 1.5 dB has been achieved. Another technique applied for performance improvement of horn antennas is the use of metamaterial lenses and dielectric lenses. A gain of up to 4 dB was achieved with wire-form metamaterial lens added to the aperture of the horn antenna and a pyramid dielectric lens placed behind the metamaterial. The reflection coefficient, radiation pattern and antenna gain of the fabricated horn antenna and metamaterial horn antenna were measured.