S-Bant Adımlı Septum Kutuplaştırıcı Tasarımı ve Analizi
S-Band Stepped Septum Polarizer Design and Analysis
Yazar: Akan, Volkan
Dergi: Iğdır Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Vol. 11 No. 1, 2020
Anahtar kelimeler: Electrical Engineering ; Elektrik Mühendisliği ; Circular polarization,septum polarizer,microwave,antenna,S-Band ; Dairesel kutuplanma,septum kutuplaştırıcı,mikrodalga,anten,S-Bant

Dalga kılavuzlarının kullanılma fikri ve ilk tasarımları on dokuzuncu yüzyılın ikinci yarısına kadar uzanmaktadır. Ayrıca İkinci Dünya Savaşı’nda özellikle radar teknolojisinin temellerinin atılmasıyla dalga kılavuzları ve bu iletim hatları üzerinde tasarlanarak üretilen RF/Mikrodalga bileşenler kablosuz haberleşme teknolojilerinin vazgeçilmez yapılarından birisi olmuştur. Günümüzde de özellikle yüksek güç ihtiyacı olan RF/Mikrodalga sistemlerde sıklıkla görev almaktadırlar. Ayrıca dairesel kutuplanmalı açıklık antenler ve bu antenlerin besleme bileşenleri özellikle uydu haberleşmesinde önemli bir yer teşkil etmektedir. Mobil haberleşme sistemlerinde kutuplanma kaybının azaltılması, veri hızının artırılması için kutuplanma çeşitliğinin kullanılması vb. uygulamalarda bu yapılara ihtiyaç duyulmaktadır. Özellikle dalga kılavuzu ile beslenen antenlerin dairesel kutuplanmalı elektromanyetik dalga yayması ya da alması için kutuplaştırıcı yapıları kullanılmaktadır. Bu yapılar antenin çevresine yerleştirilen özellikte olabileceği gibi anten girişinde ve dalga kılavuzu içinde de olabilmektedir. Bunlardan birisi de septum kutuplaştırıcıdır. Septum yapısı dalga kılavuzunun içinde yer aldığı için dış etkilere daha az maruz kalmakta ayrıca az hacimli ve hafifliği dolayısıyla da kullanım ve uygulama kolaylığı sağlamaktadır. Bu çalışmada hem uzay kesimi hem de yer kesimi S-Bant uydu haberleşme sistemlerinde dairesel kutuplanmalı anten beslemelerinde kullanılmak üzere dört adımlı septum kutuplaştırıcının analiz ve tasarımı gerçekleştirilerek ticari bir elektromanyetik çözümleyicide benzetimleri yapılmıştır. Belirlenen yalıtım hedefleri doğrultusunda tasarım geri dönüş kaybı, port yalıtımı ve eksenel oran değerleri bakımından iyileştirilmiştir. Elde edilen sonuçlar da belirtilen geri dönüş kaybı, port yalıtımı, eksenel oran ve ışıma örüntüsü olarak sunulmuştur. Bu sonuçlara göre tasarımı gerçekleştirilen dört adımlı septum kutuplaştırıcı yapısı özellikle S-Bant uydu haberleşme sistemlerinde dairesel kutuplanma elde etmek için anten girişlerinde kullanılabilir.

The idea of using waveguides and their initial designs date back to the second half of the nineteenth century. Furthermore, after foundation of the radar technology was laid during the Second World War, waveguides and the RF/Microwave components designed on this transmission line became indispensable for the wireless communication technologies. Today, it is frequently encountered particularly in RF/Microwave systems that require high power. In addition, circularly polarized aperture antennas and their feeding components constitute an important place especially in the satellite communication system. These structures are commonly needed in applications of using polarization diversity to increase data rate, reducing polarization loss in mobile communication systems, etc. In particular, the polarizing structures of the antennas fed with the waveguides are used to emit or receive electromagnetic waves with circular polarization. These structures can be placed around the antenna or can be at the input of the antenna within waveguide. One of these is the septum polarizer. Since the septum polarizer is located inside the waveguide, it is less affected by external effects and also provides an advantage due to its low volume and lightness. In this study, analysis and design of a four-step septum polarizer to be used in circularly polarized antenna feeds of S-Band satellite communication systems/ground-stations has been performed and then a commercially available electromagnetic solver has been utilized to simulate this waveguide structure. In line with the determined optimization objects, the design has been improved in terms of return loss, port isolation and axial ratio values. The results are presented as input reflection loss, port isolation, axial ratio and radiation pattern. Based on these results, four-step septum polarizer can be used at antenna inputs to provide circular polarization, especially in S-Band satellite communication.