Tekdüze olmayan zaman modülasyonlu ve darbeli ayrık frekanslı anten dizilerinde harmonik analizi
Harmonic analysis in non-uniform time modulated and pulsed frequency diverse antenna arrays
Yazar: İHSAN KANBAZ
Danışman: PROF. DR. ERTUĞRUL AKSOY
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Güç tüketimi = Power consumption ; Harmonik güç = Harmonic energy ; Zaman analizi = Time analysis

Özet:
Bu tez zaman modülasyonlu anten dizileri ve darbeli ayrık frekanslı anten dizileri hakkında yapılan bir dizi araştırmayı içerir. İlk olarak tekdüze olmayan zaman modülasyonlu dizi antenlerin harmonik analizi gerçekleştirilmiştir. Gerçekleştirilen analizler ile literatürde tekdüze ve tekdüze olmayan zaman modüleli dizilerin harmonik güç tüketiminin aynı olduğu kanısının aksine bir görüşe odaklanılmıştır. Bu bağlamda, özel anahtarlama stratejisine sahip bir örnek ele alınarak literatürdeki farklılıklara değinilmiş ve genel kanının yeniden gözden geçirilmesi gerektiği ileri sürülmüştür. Ardından özel anahtarlamalı örnek için öne sürülen ifadenin genelleştirilerek tüm tekdüze ve tekdüze olmayan diziler için geçerli harmonik güç tüketiminin kapalı form ifadesi türetilmiştir. Böylece harmoniklerde tüketilen gücün anahtarlama frekansı ile birebir ilişkili olduğu ve örüntü sentezlemeye yönelik gerçekleştirilecek çalışmalarda ekstra bir tasarım parametresi olarak kullanılabileceğine yönelik çalışmalar gerçekleştirilmiştir. Ardından ayrık frekanslı diziler (AFDA) incelenmiş ve zaman bağımsız ışıma elde etmek için literatürde önerilmiş olan darbeli AFDAların harmonik analizi ve literatürde daha önce hiç değinilmemiş olan güç tüketimine odaklanılmıştır. Zaman domain analizlerinin yanısıra frekans domain analizi gerçekleştirilerek darbeli AFDA'in aslında harmonik temelli bir ışımaya sahip olduğu, her harmoniğin kendi içinde menzil bağımlı olduğu sonucuna varılmıştır. Ardından sonsuz harmonik bileşene sahip bu sistemin harmoniklerinde tüketilen gücün hesaplanmasına odaklanılmış ve kapalı form ifadesi türetilmiştir. Türetilen ifadeden yola çıkılarak literatürde öne sürülmüş olan zaman bağımsız ışıma sağlayan düşük darbe açıklıklarının yüksek harmonik ışımalara sebebiyet verdiği ve bunun da güç tüketimi açısından dezavantaj olduğu sonucuna varılmıştır. Son olarak nümerik integrasyon tekniği kullanılarak önerilmiş olan kapalı form ifadenin doğrulanması amaçlanmıştır. Trapezoidal integrasyon metodu ile yapılan analizler sonucu önerilen ifadenin yüksek doğruluğa sahip olduğu sonucuna varılmıştır

Abstract:
This thesis contains a series of studies on time-modulated antenna arrays and pulsed frequency diverse antenna arrays. First, harmonic analysis of a non-uniform time-modulated array antenna has been conducted. Therefore, an idea has been reported that opposes the notion that the harmonic power consumption of uniform and non-uniform time-modulated arrays is the same. In this context, by considering an example with a unique switching strategy, the differences in the literature are mentioned, and then it is suggested that the general assumption in the literature should be reconsidered. Moreover, by generalizing the statement presented for the specific switched case, the closed-form expression of harmonic power consumption valid for all uniform and non-uniform sequences is derived. Therefore, studies have been conducted to demonstrate that the power consumed in harmonics is closely related to the switching frequency and can be used as an additional design parameter in upcoming pattern synthesis research. In second part, frequency diverse arrays (FDA) are concerned, and the harmonic analysis of pulsed FDA proposed in the literature to obtain time-independent radiation are focused. In addition to time domain analysis, frequency domain analysis is performed, and it is concluded that the pulsed FDA actually has harmonic-based radiation, and each harmonic is range dependent in itself. The closed-form expression is then derived by focusing on the calculation of the power consumed in the harmonics of this system, which has an infinite harmonic component. According to the derived expression, the small pulse duration criteria providing time-independent radiation, as suggested in the literature, resulting in high harmonic radiations, which is a disadvantage in terms of power consumption. Finally, it is aimed to verify the proposed closed-form expression using the numerical integration technique. As a result of the analyzes made with the trapezoidal integration method, it is concluded that the proposed expression has high accuracy.