Ku bant uydu haberleşmesi için dual polarıze hüzme yönlendirici dizi anten tasarımı
Dual polarised beam steering array antenna design for ku band satellite communication
- Tez No: 933962
- Danışmanlar: PROF. DR. NURHAN TÜRKER TOKAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ ONUR HAMZA KARABEY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hüzme Yönlendirme, Faz Dizi Anten, Güç Bölücü, Pin Beslemeli Anten, Ku Bant, Beamforming, Phased Array Antenna, Power Divider, Pin-fed Antenna, Ku Band
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Mühendislik Bilimleri Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 63
Özet
Haberle¸sme sistemlerinde tekli anten kullanımı ile elde edilemeyen bazı özellikleri kazanmak için faz kontrollü dizi antenler kullanılır. Bu tip antenlerde entegre bir çip her bir bile¸seni kontrol eder. Çipler, her bir elemana giden sinyallerin genligini ˘ ve fazını ayrı ayrı degi¸stirerek elektromanyetik dalgaların yönünü ve biçimini ˘ dinamik olarak degi¸stirebilir. Mekanik harekete ihtiyaç duymadan elektronik ˘ huzmeleme bu yakla¸sımla mümkün olmaktadır. Hüzme ¸sekillendirici çip ve dizi anten yapılarını kullanarak tasarım yapmanın insansız hava araçları (˙ IHA) ve uydu haberle¸smesi (SATCOM) gibi çagda¸s teknolojilerde birçok avantajı vardır. ˘ Dizi antenler, ı¸sınları yönlendirebilme ve geni¸s bant geni¸sligi ile yüksek veri ˘ iletim hızlarını destekleme özellikleri sayesinde SATCOM sistemlerinin hareketli platformlardan uyduya sinyal kopması ya¸samadan haberle¸smesini saglarlar. Dizi ˘ antenler, küçük boyutları ve dü¸sük agırlıkları nedeniyle ˘ ˙ IHA'larda radar ve uydu ileti¸sim uygulamaları için tercih edilmektedir. Bu antenler, hedef tanıma, izleme ve hassas veri aktarımı için yüksek kazanç ve minimum çapraz polarizasyon saglayarak ˘ ˙ IHA operasyonel verimliligini artırır ve uzun menzilli görevler için ˘ güvenilir ileti¸sim sunar. Bu özellikleri nedeniyle dizi antenler ˙ IHA ve SATCOM uygulamaları için vazgeçilmez bir teknolojidir. Bu tez çalı¸smasında, Ku-bandında (13.75-14.5 GHz) çalı¸san 16 elemanlı (4x4) pin-beslemeli mikro¸serit dizi antenin tasarımı sunulmaktadır. Dizi anten, kompakt ve maliyet açısından uygun bir çözüm sunmakta olup, dual polarizasyon özelligine ˘ sahip çift beslemeli faz dizili bir yapı içermektedir. Anten, yakla¸sık 750 MHz xivbant geni¸sligi ve 0.49 ˘ λ (10.5 mm) eleman aralıgı ile ±30° tarama açılarına ˘ kadar hüzme yönlendirme kabiliyetine sahiptir. Tasarlanan dizi anten, maksimum 16.5 dBi kazanç elde etmekte ve dü¸sük çapraz polarizasyon göstermektedir. Ayrıca, ±30° tarama açılarına kadar 20 dB'nin üzerinde izolasyon sunarak uydu haberle¸sme sistemleri için yüksek hassasiyetli hüzme yönlendirmeye olanak tanımaktadır. Anten elemanı 4 katmanlı bir yama yapısı olarak tasarlanmı¸stır. Tasarım çalı¸smasında çiplerin bulundugu üst katman RO4350 ( ˘ ϵr=3.6) olup 0.254 mm kalınlıktadır. Anten yamalarının bulundugu alt katman için RO4350 ˘ (ϵr=3.6) malzemesi kullanılmı¸s olup 0.76 mm kalınlıgında tasarlanmı¸stır. Alt ve ˘ üst katmanlar arasında FR4 (ϵr=4.4) malzemesi kullanılarak 0.1 mm kalınlıklı prepreg ile yapı¸stırılmı¸stır. Önerilen yapı çogullanarak daha büyük faz dizi ˘ antenlerin olu¸sturulması için uygun bir tasarım sunulmu¸stur. Bu yakla¸sım, faz dizi uygulamaları için uyumlulugu artırmakta ve entegrasyonu basitle¸stirmektedir. ˘ Önerilen anten dizisi, yüksek kazançlı, yönlendirme kabiliyetine sahip ve geni¸s bant geni¸slikli bir performans sunarak geli¸smi¸s uydu haberle¸sme uygulamaları için etkili bir çözüm olu¸sturabilecegini göstermektedir. ˘
Özet (Çeviri)
In communication systems, phased array antennas are utilized to achieve features that cannot be obtained with a single antenna. In such antennas, an integrated chip controls each component, dynamically modifying the amplitude and phase of the signals directed to each element. By adjusting these parameters individually, the chip enables dynamic steering and shaping of electromagnetic waves, making electronic beamforming possible without the need for mechanical movement. The use of beamforming chips and array antenna structures offers significant advantages in modern technologies such as Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) and satellite communications (SATCOM). Due to their ability to steer beams, support high data transmission rates, and provide wide bandwidth, phased array antennas ensure reliable communication between moving platforms and satellites without signal loss in SATCOM systems. Additionally, their compact size and lightweight nature make them an ideal choice for radar and satellite communication applications in UAVs. These antennas enhance UAV operational efficiency and enable reliable long-range missions by providing high gain and minimal cross-polarization for target recognition, tracking, and precise data transmission. Consequently, phased array antennas constitute an indispensable technology for UAV and SATCOM applications. This thesis presents the design of a 16-element (4×4) pin-fed microstrip array antenna operating in the Ku-band (13.75–14.5 GHz). The proposed array antenna offers a compact and cost-effective solution, featuring a dual-polarized, dual-fed xviphased array structure. With a bandwidth of approximately 750 MHz and an element spacing of 0.49λ (10.5 mm), the antenna supports beam steering up to ±30° scan angles. The designed array achieves a maximum gain of 16.5 dBi while maintaining low cross-polarization. Additionally, it provides over 20 dB isolation up to ±30° scan angles, enabling high-precision beamforming for satellite communication systems. The antenna element is designed as a four-layer patch structure, with the top layer containing the chips composed of RO4350 (ϵr=3.6) and having a thickness of 0.254 mm. The bottom layer, which houses the antenna patches, is also fabricated using RO4350 (ϵr=3.6) with a thickness of 0.76 mm. These layers are bonded with a 0.1 mm thick prepreg material made of FR4 (ϵr=4.4). The proposed structure is scalable for the development of larger phased array antennas, providing a design suitable for phased array applications with improved compatibility and simplified integration. The results demonstrate that the proposed antenna array offers a high-gain, steerable, and broadband performance, making it an effective solution for advanced satellite communication applications.
Benzer Tezler
- Design and manufacturing of a feed system for Ku band satellite communication
Ku bant uydu haberleşme için bir besleme sistemi tasarımı ve üretimi
MUSTAFA EMRE ÇARKACI
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYaşar ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MUSTAFA SEÇMEN
- A dual-band frequency selective surface design for satellite applications
Uydu uygulamalarında kullanılacak çift bantlı frekans seçici yüzey tasarımı
ESMA MUTLUER
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL
- Dual-band waveguide mode converter and power divider/combiner for ttc satellite communication applications
Telemetri/telekomut uydu haberleşme sistemleri için çift bantlı dalgakılavuzu mod dönüştürücü ve güç bölücü/toplayıcı
ESRA ALKIN
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiYaşar ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA SEÇMEN
- Novel techniques of array antenna design for satellite communication
Uydu haberleşmesi için yeni dizi anten tasarım yöntemleri
JAVAD JANGI GOLEZANI
Doktora
İngilizce
2017
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER
- A wideband single-channel receiver front-end for C/X/Ku/Ka-band SATCOM systems
C/X/Ku/Ka-bant SATCOM sistemleri için geniş bant tekkanallı alıcı ön ucu
TAHSİN ALPER ÖZKAN
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiSabancı ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YAŞAR GÜRBÜZ