Comparative evaluation of substrate materials for 2×4 highgain x-band patch antenna design for radar systems
Radar sistemleri için 2×4 yüksek kazançlı x-bant yamaanten tasarımında substrat malzemelerininkarşılaştırmalı değerlendirmesi
- Tez No: 1004125
- Danışmanlar: DR. BARIŞ GÜRCAN HAKANOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Anten dizileri, Dielektric substrat, Mikroşerit antenler, Radar sistemleri, Antenna arrays, Dielectric substrate, Microstrip antennas, Radar systems
- Yıl: 2026
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Atılım Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Mikroşerit yama antenler; düşük profil, hafif yapı ve entegrasyon kolaylığı gibi avantajları sayesinde radar sistemlerinde yaygın olarak tercih edilmektedir. Ancak, özellikle yüksek çalışma frekanslarında yüksek kazanç ve düşük yansıma kaybı elde etmek tasarım açısından önemli bir zorluk teşkil etmektedir. Bu çalışmada, radar uygulamaları için X-bandında 10 GHz frekansında çalışan yüksek kazançlı bir 2×4 mikroşerit yama dizi anten tasarlanmıştır. Çalışma kapsamında RT6006, RO3003, RO3035 ve RT6035 olmak üzere farklı dielektrik sabitlerine sahip dört alt tabaka (substrat) malzemesinin anten performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Karşılaştırmalı bir değerlendirme sunabilmek amacıyla, hem tek elemanlı yama antenler hem de 2×4 dizi anten yapıları Ansys HFSS ortamında modellenerek optimize edilmiştir. Anten performansları, yansıma katsayısı (S11) ve gerçekleşen kazanç değerleri üzerinden analiz edilmiştir. Tek elemanlı antenler için RT6006, RO3003, RO3035 ve RT6035 substratlarında sırasıyla -39,85 dB, -30,41 dB, -16,22 dB ve -46,47 dB S11 değerleri elde edilmiştir. 2×4 dizi yapıları oluşturulduğunda ise bu değerlerin sırasıyla -22,32 dB, -36,08 dB, -19,75 dB ve -42,89 dB seviyelerinde gerçekleştiği gözlemlenmiştir. Bu sonuçlar, dizi anten yapısındaki besleme ağının ve elemanlar arası etkileşimin (mutual coupling) yansıma katsayısında kısmi değişimlere yol açtığını göstermektedir. Ayrıca, tek elemanlı antenlerin maksimum gerçekleşen kazanç değerleri RT6006, RO3003, RO3035 ve RT6035 malzemeleri için sırasıyla 5,80 dB, 7,23 dB, 6,94 dB ve 7,04 dB olarak saptanmıştır.2×4 dizi yapısının uygulanmasıyla birlikte kazanç performansında belirgin bir iyileşme sağlanmış ve ilgili malzemeler için kazanç değerleri sırasıyla 7,46 dB, 12,61 dB, 12,56 dB ve 12,83 dB seviyelerine yükselmiştir. Tasarlanan antenler, Ansys HFSS sonuçlarının doğrulanması amacıyla CST Studio ortamında da simüle edilmiştir. İki simülasyon aracından elde edilen sonuçların; rezonans frekansı, yansıma katsayısı seviyeleri ve ışıma karakteristikleri bakımından yüksek uyum içerisinde olduğu görülmüştür. Analiz sonuçlarına göre RT6035 ve RO3003 alt tabaka malzemelerinin, X-bandı yüksek kazançlı dizi anten uygulamaları için en uygun performansı sergilediği saptanmıştır.
Özet (Çeviri)
Microstrip patch antennas are widely preferred in radar systems due to their low profile, lightweight structure, and ease of integration. However, achieving high gain and low return loss becomes challenging, particularly at high operating frequencies. In this study, a high-gain 2×4 microstrip patch array antenna operating at 10 GHz in the X-band is designed for radar applications. Four different substrate materials, namely RT6006, RO3003, RO3035, and RT6035, with different dielectric constants, are investigated to analyze their effects on antenna performance. To enable a comprehensive comparison, both single-element patch antennas and 2×4 patch array configurations are designed and optimized using Ansys HFSS. The antenna performances are evaluated in terms of reflection coefficient (S11) and realized gain. For the single-element designs, the reflection coefficient values obtained for RT6006, RO3003, RO3035, and RT6035 substrates are -39.85 dB, -30.41 dB, -16.22 dB, and -46.47 dB, respectively. After forming the 2×4 array configuration, the corresponding S11 values are observed as -22.32 dB, -36.08 dB, -19.75 dB, and -42.89 dB, respectively. These results indicate that while the array configuration generally slightly increases the reflection coefficient level due to mutual coupling and feed network effects, the improvement or degradation varies depending on the substrate: RT6006 and RT6035 maintain acceptable S11 values with minimal performance loss, whereas RO3035 exhibits a more noticeable reduction in matching when transitioning from single to array structure. In addition, the maximum realized gains of the single-element antennas are found to be 5.80 dB, 7.23 dB, 6.94 dB, and 7.04 dB for RT6006, RO3003, RO3035, and RT6035 substrates, respectively. With the implementation of the 2×4 array structure, the maximum gain values are significantly enhanced to 7.46 dB, 12.61 dB, 12.56 dB, and 12.83 dB for the same substrates, respectively. Furthermore, the designed antennas are also simulated using CST Studio to validate the results obtained from Ansys HFSS. The comparison between the two simulation tools shows good agreement in terms of resonance frequencies, reflection coefficient levels, and radiation characteristics, confirming the reliability of the obtained results. Based on the comparative analysis, RT6035 and RO3003 substrates demonstrate superior performance for high-gain X-band array antenna applications.
Benzer Tezler
- Approaches to maximize energy recovery in sludge management
Çamur yönetiminde maksimum enerji geri kazanımına yönelik yaklaşımlar
BÜŞRA ÇİÇEKALAN
Doktora
İngilizce
2024
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HALE ÖZGÜN ERŞAHİN
- Tavuk atıklarının farklı aşı çamuru içeren yukarı akışlı havasız çamur yataklı reaktörlerde arıtılabilirliğinin karşılaştırılmalı olarak değerlendirilmesi
Comparative evaluation of anaerobic treatment of chicken manure at up-flow anaerobic sludge bed reactors inoculated with different sludge types
ÇİSİL GÜLÜMSER
Yüksek Lisans
Türkçe
2012
Çevre Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiÇevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇİĞDEM YANGIN GÖMEÇ
- Fermentasyon endüstrisi atıksularında Kalıcı Koi' nin belirlenmesi
Determination of the inertsoluble cod for the fermentation industry effluents
GÜLSÜM YILMAZ
- Designing nanostructured silicon frameworks from zintl precursors for high-energy density lithium-ion batteries
Yüksek enerji yoğunluklu lityum-iyon piller için zintl fazlarından nanoyapılı silisyum iskeletlerin tasarlanması
ASLI CEREN CAN
- RDX 'ın detonasyonunda farklı zeminler üzerinde oluşturacağı kraterlerin sayısal değerlendirilmesi
Numerical evaluation of craters formed by RDX on different ground during detonation
İRFAN ÖZSOY