Design of RF frontend and antenna for satellite communications
Uydu haberleşmesi için anten ve RF ön uç devre tasarımı
- Tez No: 816175
- Danışmanlar: PROF. DR. DUYGUN EROL BARKANA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 213
Özet
Uydu haberleşme iletişimi, sunduğu geniş kullanım senaryoları nedeniyle vazgeçilmez bir teknolojidir ve bu iletişimde çok çeşitli çalışma frekans bantları kullanılır. Uydu ile haberleşmede yer istasyonları tasarımında genellikle S, C, X, Ku, Ka gibi frekans bantları tercih edilir. Bu tez çalışmasında X-bant frekans bandında, dairesel polarizasyona sahip bir anten, yüksek kazanç değerine sahip düşük gürültülü yükselteç ve düşük görüntü bastırma değerine sahip frekans aşağı çevirici tasarımı yapılması amaçlanmıştır. Yer istasyonu tasarımları, kullanım durumu ve G/T değerine göre büyük çaplı yansıtıcı anten sistemine ihtiyaç duyar. Bu tasarımda 7.3 m çapa sahip bir yer istasyonu için elektromanyetik açıdan takip sinyalini oluşturabilecek özellikte X-bant besleme anteni, alınacak sinyalin gürültü değerini çok az değiştirip yüksek kazanca sahip düşük gürültülü yükseltece ve yüksek frekansa sahip sinyali IF frekans bandına, sinyal kalitesini bozmadan düşürecek frekans aşağı çevirici alt sistemleri tasarlanmıştır. X-bant besleme anteni, septum polarizör, dörtlü takip anteni ve oluklu antenden oluşmaktadır. Besleme anteni kazancı bant boyunca ±0.3 dB değişimle 19.3 dBi'nin üzerindedir. Empedans uyumu S11 -15 dB den azdır. İlk olarak septum polarizör yapısı tasarlanmıştır. Anten kazancını artırmak için oluklu anten yapısı oluşturularak septum polarizör yapısı ile birleştirilmiştir. İstenen anten açıklığı sağlandığında takip özelliğine sahip uygun ölçülerde dörtlü anten yapısı sisteme eklenmiştir. X-Bant besleme anten CNC de Alüminyum malzemeden parçalar halinde üretililip alodin kaplama yapılmıştır. Yer istasyonu sisteminde diğer alt birim olan düşük gürültü yükselteç 4 katlı olarak tasarlanmıştır. İlk iki katında transistor kullanılarak tasarımı yapılmıştır ve düşük gürültü değeri bu şekilde garanti altına alınmış olup son iki katında ise yükselteç kullanılarak hem kazancı hem de çıkış P1dB değerinin sağlanması hedeflenmiştir. Düşük gürültülü yükseltecin kazancı 50 dB'nin üzeri, gürültü değeri 0.7 dB'nin altında ve giriş ve çıkış empedans uyumu -15 dB den azdır. Sistemde düşük gürültülü yükselteçten sonraki alt sistem ise frekans aşağı çevirici birimidir. Frekans aşağı çeviricide tek çevrimi superheterodyne yapısı kullanılarak tasarım yapılmıştır. X-bant frekansında gelen RF sinyali, 720 MHz merkez frekansında 400 MHz bant genişliğine sahip IF sinyal çıkışı veren bir tasarıma sahiptir. Sonuç olarak, geliştirilen alt sistem yapıları yer istasyonlarında kullanılmaya uygundur.
Özet (Çeviri)
Satellite communication is an indispensable technology due to its wide range of applications and usage scenarios. Frequent bands such as S, C, X, Ku, and Ka are typically preferred in the design of ground stations for satellite communication. This dissertation aims to design an antenna with circular polarization in the X-band frequency range, a low-noise amplifier with high gain, and a frequency downconverter with low image rejection. Ground station designs require large-scale reflective antenna systems based on the usage scenario and the G/T value. In this design, subsystems including an X-band feed antenna capable of generating the tracking signal from an electromagnetic perspective for a ground station with a diameter of 7.3 meters, a low-noise amplifier with high gain that minimally alters the noise value of the received signal, and a frequency downconverter that downconverts the high-frequency signal to the IF frequency band without compromising signal quality were designed. The X-band feed antenna consists of a septum polarizer, a quadruple tracking antenna, and a corrugated antenna. The feed antenna achieves a gain above 19.3 dBi with a variation of ±0.3 dB across the band. The impedance match (S11) is less than -15 dB. First, the septum polarizer structure was designed. A corrugated antenna structure was created and combined with the septum polarizer structure to increase antenna gain. Once the desired antenna aperture was achieved, a quadruple antenna structure with tracking capability and suitable dimensions was added to the system. Another subsystem in the ground station system is the low-noise amplifier, which is designed with four stages. The first two stages were designed using transistors to ensure low noise performance. In comparison, the final two stages were designed using amplifiers to achieve both gain and the desired output P1dB value. The low-noise amplifier has a gain exceeding 50 dB, a noise value below 0.7 dB, and input and output impedance match below -15 dB. The subsequent subsystem in the system is the frequency downconverter unit. The frequency downconverter was designed using a single-conversion superheterodyne architecture. The RF signal received at the X-band frequency is designed to provide an IF signal output with a center frequency of 720 MHz and a bandwidth of 400 MHz. In conclusion, the developed subsystem structures are suitable for use in ground stations.
Benzer Tezler
- Ka Bant ön uç tasarımı
Ka Band rf front-end design
HARUN MECİDOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAMİD TORPİ
- Uydudan küresel konumlama sistemleri alıcıları için karıştırmaya dayanaklı ön-uç elektroniği ve anten tasarımı
Anti-jam RF front-end and antenna design for global navigation satellite system receivers
OLCAY YİĞİT
Yüksek Lisans
Türkçe
2017
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiEge ÜniversitesiElektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KORKUT YEĞİN
- GPS VE GLONASS uygulamaları için RF alıcı ön kat tasarımı
RF receiver front end design for GPS and GLONASS applications
GÖKHAN GÜNEŞ ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
ÖĞR. GÖR. HASAN BÜLENT YAĞCI
- Design optimization of a direct radio frequency sampling multi-GNSS receiver front end
Doğrudan radyo frekansı örneklemelı̇ çoklu GNSS alıcı ön ucunun tasarım optı̇mı̇zasyonu
AHMED ELTAYEB AHMED ELBUSHRA
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAnkara Yıldırım Beyazıt ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALAADEEN ELROUBY
- Software defined radio with multiple antennas for GPS receiver
GPS Alıcısı için Çoklu Antenlere Sahip Yazılım Tanımlı Radyo
EKREM ALTINÖZEN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiThe University of NottinghamPROF. IAN HARRİSON