Circularly polarized array antenna design with emphasis to enhance the antenna performance for C-band applications

Günümüzde alıcı, verici sistemlerinde iletişimin kaliteli olması için anten tasarımı çok önem taşımaktadır. Antenin bir devrimi sayılan Mikroşerit antenler birçok özelliklere sahip oldukları için kablosuz haberleşme, radar ve uydu haberleşmesinde kullanım alanı bulmuştur. Kolay üretilebilmesi, boyut olarak az yer kaplaması bu özelliklerdendir. Bunların yanı sıra, dar bantlı olması ve yüksek kazanca sahip olmaması bu antenin dezavantajlarındandır. Bu sorunların çözümü olarak, dizi antenler önerilir. Dizi antenler tasarıma bağlı olarak, daha fazla bant genişliğine ve kazanca sahiptirler. Birden fazla antenin yan yana veya farklı kombinasyonlarla bir araya gelmesi birkaç yan etkiye de sebep olacaktır. Antenlerin birbiriyle etkileşimleri ve daha büyük boyuta sahip olmaları, dizilerin dezavantajlarındadır. Tasarım açısından, antenlerin dizilişinin yanısıra, besleme tipleri de önem taşımaktadır. Kaynaktan gelen gücü doğru paylaştırmak ve istenilen zaman ve faz gecikmesini yaratmak besleme şebekesinin görevlerindendir. Dolayısıyla, iyi tasarlanmış besleme şebekesi dizi anteniyle birlikte iyi bir performans doğuracaktır. Dizi antenler yüksek kazanca sahip oldukları için, uydu haberleşmesi, DSB (Direct Broadcasting Service), WLAN (Wireless Local Area Networks) ve uzay haberleşmesi gibi birçok uygulamada kullanılmaktadır. Uydu haberleşmesi, WLAN, DBS, GNSS (Global Navigation Satellite Systems), RFID (Radio Frequency Identification), WPAN (Wireless Personal Area Networks) GNSS, WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) ve kablosuz haberleşme gibi uygulamalarda doğrusal polarizasyon yerine dairesel polarizasyonlu antenler tercih edilir. Bunun sebebi, dairesel polarizasyonunun sağladığı avantajlardır. Bu avantajların birkaç tanesi aşağıdaki gibidir. Alıcı ve verici antenler dairesel polarizasyonlu olduğu takdirde doğrusal polarizasyonlu antenler gibi ilk ayarlara ihtiyaç duymayacaktır. Dairesel polarizasyonlu anten kullanarak polarizasyon uyumsuzluk kayıpları da önlenmiş olur. Dairesel polarizasyonlu antenler kullanarak çok yollu etkileşimler ve kayıplar da önlenebilir. Sağ dairesel polarizasyonlu işaret (Right-Hand Circular Polarization (RHCP)) vericiden gönderiliyorsa, ortamdan alıcıya doğru yansıyan işaret sol polarizasyonlu olduğu için (left-hand circular polarization (LHCP)) girişim önlenecektir. Ayrıca uydu haberleşmesinde karşılaştığımız Faraday rotasyonu kaybını da giderme kabiliyetine sahiptir. Uydu haberleşmesi, mikrodalga radyo haberleşmesi ve radar gibi uygulamalar C bandında çalıştıkları için tasarlamak istediğimiz antenin C bandında olması planlanmaktadır. C bandı IEEE tarafından 4 GHz'den den 8 GHz aralığına kadar tanımlanmıştır. Bu bantta çalışmanın avantajları, birçok alana uygun olmasıdır. Örneğin hava tahmini uydularında Ku bandı yerine C bandı kullandığımız da yağmur zayıflatması (Rain Fade) denilen kayıpları oldukça azaltabiliriz. Bu çalışmada C bandı için uygun dairesel polarizasyonlu dizi antenler tasarlanıp performansını artırmak için yöntemler sunulacaktır. Tasarım esnasında ilk olarak, dizi antenin bant genişliği ve kazancı üzerinde çalışılacaktır. Bunun için önce dairesel anten elamanının tasarım metotları tartışılıp performansı artırılacaktır. Uygun bir anten tasarlandıktan sonra, antenin dizilişi ve besleme şebekesi üzerinde çalışılıp Butler matrisi gibi yeni besleme şebekeleri sunulacaktır. Bu amaçlara ulaşma yolunda, izlnilenecek adımlar aşağıdaki gibidir. CPSSA tasarımının 3 dB axial-ratio, 2 GHz e kadar yükseltilmiştir. CPSSA 3 le 11.1 GHz aralığında çalışacak şekilde tasarlanıp empedans bant genişliği 115 % e ulaşmıştır. Simülasyon ve gerçek model sonuçları yeterince uyumlu olduğu tespit edilmiştir (2.1 bölüm). 2.2. bölümdeyse, anten elemanının boyutu 20×20 mm2 olarak tasarlanmıştır. Bu anten için ölçülen empedans bant genişliği 11050 MHz (2950–14000 MHz) 3-dB AR iğse 3373 MHz (35.7%) 3729 den 7102 MHz ve ortalama kazanç 3.5 dBi elde edilmiştir. 2.3 ve 2.4 bölümlerinde dizi antenler için yeni besleme şebekeleri tasarlanmıştır. 2.3 de olan dizi antenin 3 dB axial-ratio bant genişliği 1.3 GHz e ulaşmıştır. 2.4 te ise, dizi antenin besleme şebekesi geliştirilmiştir. 2×2 dizi anteninin empedans bant genişliği 78.5% ve 3dB axial-ratio bant genişliği 35.7% e ulaşmıştır. Ortalama 14.2 dBic kazanç sağlanmıştır. Son bölümlerde (2.5 – 2.7) geniş bantlı performans almak üzere, iki yeni dizi anten tasarlanmıştır. Bu yapılar, polarizasyon çevir me özelliklerine de sahiptir. 2.5 de bu özellik bir Vivaldi anteni kullanarak sağlanmıştır. 2.6. bölümle özgün Butler matrisiyle dizi anten tasrlanmıştır.Çalışmaların tüm detayları ve sonuçları sunulacaktır.