Frekans Seçici Yüzeyler Kullanarak İki Farklı Frekansta İstenilen Işıma Desenlerine Sahip Reflektör Anten Tasarımı

Abstract

Bu çalışmada, kosekant – kare ışıma karakteristikli antenlerin ve fan pervanesi tipi antenlerin ışıma karakteristiklerini farklı frekanslarda sağlayabilen bir reflektör anten tasarımı amaçlanmıştır. Bu yeni tasarımın radar sistemlerine fiziki ve teknik açıdan oldukça avantaj sağlaması beklenmektedir. Tasarım, analiz ve optimizasyon çalışmaları için HFSS programı kullanılmıştır. Ayrıca anten geometrilerinin çizimi için SolidWorks programından da faydalanılmıştır. Bu tasarımı gerçekleştirmek için özellikle son yıllarda antenlerde sıklıkla kullanılan frekans seçici yüzeylerden yararlanılmıştır. Amaçlanan reflektör anten modelinin tasarımında, uygun ışıma karakteristiklerini sağlayan fan pervanesi tipi anten tasarımı ve kosekant – kare ışıma karakteristikli anten tasarımı yapıldıktan sonra istenilen frekans bantlarında amaca uygun S21 iletim katsayısı ve S11 yansıma katsayısı değerlerini sağlayan frekans seçici yüzey (FSY) tasarımı gerçekleştirilmiştir. Çalışmada bu aşamadan sonra tasarlanan fan pervanesi tipi antenin yansıtıcı yüzeyi, oluşturulan FSY ile kosekant – kare ışıma karakteristikli antenin yansıtıcı yüzeyine tamamlanmıştır. Sonuç olarak tasarımı yapılan antenin yansıtıcı yüzeyi sayesinde, frekans seçici yüzeyin karakteristik özelliğine bağlı olarak bir çalışma frekansında fan pervanesi tipi antenin ışıma paterni elde edilirken, başka bir çalışma frekansında kosekant – kare ışıma karakteristikli antenin ışıma paterni elde edilmiştir.

In this study, it is proposed to design a reflector antenna that provides both cosecant squared pattern and fan beam pattern at two different frequencies. It is expected that the new design will provide physical and technical advantages for radar systems. For simulation and optimization of the antenna, high frequency simulation software (HFSS) is used. Moreover for drawing of some geometries, it is benefited from flexible drawing specialities of SolidWorks. For the new reflector antenna design, frequency selective surfaces (FSSs) are used as a reflector surface. First of all, geometric dimensions of antennas that provide cosecant squared pattern and fan beam pattern at desired frequency bands are determined by using HFSS. Then a band stop filter that has suitable resonance frequencies for S21 transmission coefficient and S11 reflection coefficient is designed by using FSS structures. For this purpose, a geometry that has suitable transmission and reflection coefficients is determined and done optimization. Finally, the designed FSS structure is used as a reflector surface of the cosecant squared antenna whose dimensions were determined previously. FSS structures are inserted to reflector surface of the fan beam antenna to obtain a cosecant squared antenna form. Thus in a frequency band, the FSS structures reflect electromagnetic waves and as a result, a cosecant squared pattern can be obtained. However in another frequency band, the FSS structures transmit electromagnetic waves and thus a fan beam pattern can be obtained.