LEE- Telekomünikasyon Mühendisliği-Yüksek Lisans

Bu koleksiyon için kalıcı URI

http://hdl.handle.net/11527/19469

Gözat

Yazar "Dinçtürk, Mehmet" ile LEE- Telekomünikasyon Mühendisliği-Yüksek Lisans'a göz atma
  • Öge
    Altı port tekniği ile vektör reflektometre tasarımı
    (Lisansüstü Eğitim Enstitüsü, 2022-12-20) Dinçtürk, Mehmet ; Çayören, Mehmet ; 504201328 ; Telekomünikasyon Mühendisliği
    Radyo frekans (RF) sistemler savunma sanayi, iletişim şirketleri, güvenlik şirketleri gibi birçok sektörde etkin olarak kullanılmaktadır. Bu sistemlerin yaygınlığı ve önemi yıllar içinde artarak devam etmiştir. Çok önemli olan bu sistemleri test etmek için kullanılan cihazların maliyetleri de ciddi rakamlara ulaşabilmektedir. RF ölçüm metodolojisi birkaç alt kategoriye ayrılabilir. En çok kullanılan ölçüm yöntemi vektör analizi yöntemidir. Bu ölçüm yöntemini yapan cihazlara da vektör devre analizörü (VNA) denmektedir. VNA ile devrelerin s parametreleri ölçülmektedir. Bu cihazlar oldukça kompleks bir mimariye sahiptir. VNA yerine tüm saçılma (s) parametrelerini ölçemese de yansıma katsayısı gibi en önemli parametreyi (s11 parametresi) ölçen reflektometre mimarisi kullanılabilir. Reflektometrenin çalışma prensibi kısaca şu şekilde anlatılabilir. Giriş portundan alınan RF gücün küçük bir kısmı güç bölücüler ve yönlü kuplörler kullanılarak sisteme bağlanan güç dedektörlerine iletilir ve dedektörler yardımı ile sisteme giren güç ölçülür. Sinyalin büyük kısmı ise test altındaki cihaza (DUT) (bu cihazın bağlandığı porta DUT portu da denir) iletilir. DUT'tan yansıyan güç tekrar güç bölücüler ve yönlü kuplörler aracalığıyla güç dedektörlerine iletilerek DUT'tan sisteme geri dönen güç ölçülür. Bu geri dönen gücün sisteme giren güce oranı yapılarak yansıma katsayısı hesaplanır. Literatürde bu ölçüm prensibini sağlayan birçok farklı reflektometre mimarisi bulunmaktadır. Bu mimariler birbirinden farklı yönlerden ayrılmaktadır. Bazı refloktemetre mimarilerinde ölçüm hata payı oldukça düşük olurken gerçeklemesi zor olur, bazı mimarilerde ise gerçeklemesi kolay olurken ölçüm hata payları yüksek olur. Bu mimarilerin gerçeklenmesinde genellikle baskılı devre kartı teknolojisi tercih edilir ancak dalga kılavuzları veya MMIC tasarım şeklinde yapılan reflektometre tasarımları da literatürde mevcuttur. Reflektometre tasarımındaki bir diğer önemli konu çıkış port sayısıdır. Yansıma katsayısının genliğini bulmak için giriş ve DUT portları dışında iki adet çıkış portu yeterliyken, faz bilgisi de öğrenilmek isteniyorsa en az üç çıkış portu olmalıdır. Literatürde farklı port sayılarında reflektometre tasarımları vardır. Çıkış portu sayısı arttıkça ölçüm keskinliğinin artması sağlanmıştır. Ancak port sayısı ne kadar artarsa sistem karmaşıklığı da o kadar artacak ve gerçeklenmesi de zor olacaktır. Sistemdeki portlarla ilgili bir diğer önemli parametre de portlarda uyumlaştırma konusudur. Portlarda uyumlaştırma yapılmazsa dedektörlere gelen güçte yansımalar olacağı için ölçüm hata payı artacaktır. Bu parametre de tasarımı zorlaştıran bir diğer değişkendir. Reflektometre tasarımında mimari kadar önemli bir diğer konu ise tasarlanan sistemin kalibrasyonudur. Literatürde farklı kalibrasyon yöntemleri bulunmaktadır ve kullanılan kalibrasyon metoduna göre oldukça farklı sonuçlar elde edilebilmektedir. Bu kalibrasyon yöntemleri lineer kalibrasyon ve lineer olmayan kalibrasyon yöntemleri şeklinde iki alt başlığa ayrılabilir. Altı portlu bir reflektometre mimarisi düşünülürse lineer olmayan kalibrasyon metoduyla kalibrasyon yapmak için gerekli standart sayısı üçe kadar indirilebilirken matematiksel model oldukça karmaşık hale gelmektedir. Lineer kalibrasyon yöntemiyle kalibrasyon yapmak istenilirse en az beş adet standart kullanılmalıdır. Bu tezde altı portlu mimari kullanılarak reflektometre tasarımı yapılmıştır. Altı portlu bu sistem tasarlanırken son yıllarda ortaya çıkan güç dedektörleri eşleştirmeden aksine güç dedektörlerinin yansımalarını kullanarak mimari tasarlanmıştır. Bu mimari klasik mimarilerin aksine girişten alınan RF gücün büyük kısmını DUT'a iletmek yerine tüm gücü, güç bölücüleri ve kuplörlerin yardımı ile RF güç dedektörlerine iletir. Güç dedektörlerinde uyumlaştırma yapılmaz ve bu sayede gelen sinyalin büyük kısmı yansır ve yansıyan bu sinyal ölçüm portuna gider. Ölçüm portundan yansıyan sinyal ise tekrar güç dedektörlerine gelir ve yansıyan sinyal ölçülür. Bu şekilde tasarımın yapılabilmesine izin veren ana etken gelişmiş güç dedektörlerinin dinamik aralığının yüksek olmasıdır. Yüksek dinamik aralığı sayesinde -50 dB değerlerine kadar doğru güç okumaları yapılabilmektedir. Güç okumaları yapıldıktan sonra kalibrasyon kısmına geçilmiştir. Kalibrasyon kısmında iki adet yöntem denenmiştir. Bunlardan biri simülasyon olarak gösterilmiş, diğerinin ise gerçeklenmesi yapılmıştır. İlk metoda göre dört portun uygun üç tanesi seçilmiş ve bu portların giriş portuna göre saçılma parametreleri ölçülmüştür. Portların bir tanesi referans alınarak ölçülen bu saçılma parametreleri ile kullanılan kalibrasyon standartlarına göre çemberler oluşturulmuştur. Portlardaki güç ölçümleri ile de çemberlerin yarıçapları bulunmuştur. Yarıçapları hesaplarken de çemberler oluşturulurken referans olarak kullanılan port gene referans olarak kullanılmıştır. Daha sonra bu çemberlerin uygun kesişimleri alınmış ve bağlanan yükün yansıma katsayısını ölçmek için kullanılacak kalibrasyon sistemi ortaya çıkarılmıştır. Farklı yükler için yansıma katsayısı ölçümleri yapılmış ve ilk kalibrasyon kısmının sonunda tablo olarak verilmiştir. İkinci kalibrasyon metodunda dört portun tamamı kullanılarak kalibrasyon yapılmaya çalışılmıştır. Beş standartlı kalibrasyon metoduna göre kalibrasyon sadece güç okumalarına dayanmaktadır. Öncelikle kalibrasyon için gerekli matrisin parametreleri bulunmuştur. Daha sonra bu matrisin parametreleri ve güç ölçümleri kullanılarak yansıma katsayısı hesaplanmaya çalışılmıştır. Sonuçlar tablo olarak ilgili bölümün sonunda verilmiştir. Bu çalışmadan anlaşılacağı üzere yansıma katsayısını ölçmek için yüksek maliyetli olan VNA'lar yerine reflektometre sistemleri çeşitli uygulamalar için rahatlıkla kullanılabilir. VNA'lara göre avantajları hafif ve daha rahat taşınır olması olarak söylenebilir. Dezavantajları ise VNA'lar kadar geniş bant ölçüm yapmakta kullanılamazlar. Sistemin sadece yansıma katsayısı ölçümünü yapabilirler. Ayrıca kullanılan mimari ile reflektometre sistemlerinde güç dedektörü eşitlemesi yapılmadan da yansıma katsayısının oldukça düşük bir hata payıyla hesaplanabildiği gösterilmiştir. Ancak bunun için doğru kalibrasyon yöntemini seçmek ve doğru güç dedektörlerini seçmek hayati önem taşımaktadır.