Uhf (Aşırı Yüksek Frekans) Bandında Yere Nüfuz Eden Radar Uygulamaları İçin Geniş Bantlı Anten Tasarımı
| dc.contributor.advisor | Saka Tanatar, Birsen | |
| dc.contributor.author | Şengül, Hakan | |
| dc.date.accessioned | 2018-09-13T07:05:28Z | |
| dc.date.available | 2018-09-13T07:05:28Z | |
| dc.date.issued | 2018-06-13 | |
| dc.date.submitted | 2018-06-08 | |
| dc.identifier.citation | [1] Türk, Aksoy, Şentürk, Özakın, Ünal, Mağat, Çalışkan, Araca Monteli İleri Bakan Yere Nüfuz Eden Radar (YNR) için Çok Geniş Bantlı Anten Sistemleri Tasarımı ve Uygulaması, İstanbul, 2013. [2] J. McDonald et al., “Alternatives for Landmine Detection,” Rand Corporation, Arlington, VA, 2003. [3] http://www.zeminarastirma.com/jeoradar/ (Mayıs, 2018). [4] D.J. Daniels, Ground Penetrating Radar 2nd Ed, IEE Radar, Sonar, Navigation and Avionics Series 15, Cornwall, U.K., 2004. [5] Hulsenbeck Et Al.: German Pat. No. 489434, 1926. [6] Steenson, B. 'Radar Methods for the Exploration Of Glaciers'. Phd Thesis, Calif. Inst. Tech., Pasadena, CA, USA, 1951. [7] Evans, S.: 'Radio Techniques for the Measurement Of Ice Thickness', Polar Record,11, pp. 406-410, 1963. [8] Unterberger, R. R.: 'Radar and Sonar Probing Of Salt'. 5th Int. Symp. on Salt, Hamburg (Northern Ohio Geological Society), Pp. 423-437, 1978. [9] Kadaba, P. K.: 'Penetration of 0.1 Ghz to 1.5 Ghz Electromagnetic Waves into the Earth Surface for Remote Sensing Applications'. Proc. IEEE S. E. Region 3 Conf, Pp. 48- 50, 1976. [10] Morey, R. M.: 'Continuous Sub-Surface Profiling By İmpulse Radar'. Proc. Conf. Subsurface Exploration for Underground Excavation And Heavy Construction. Am. Soc. Civ. Eng., pp. 213-232, 1974. [11] Cook, J. C: 'Status of Ground-Probing Radar and Some Recent Experience'. Proc. Conf. Subsurface Exploration for Underground Excavation and Heavy Construction. Am. Soc. Civ. Eng., pp. 175-194, 1974. [12] Cook, J. C: 'Radar Transparencies of Mine and Tunnel Rocks', Geophys., 40, Pp. 865-885, 1975. [13] Roe, K. C, Ellerbruch, D. A.: 'Development and Testing of A Microwave System to Measure Coal Layer Thickness Up to 25 Cm'. Nat. Bur. Stds., Report No.SR-723-8-79 (Boulder, CO), 1979. [14] Nılsson, B.: 'Two Topics in Electromagnetic Radiation Field Prospecting'. Doctoral Thesis, University of Lulea, Sweden, 1978. [15] Peters, L.P., Jr.; Daniels, J.J.; Young, J.D.; “Ground Penetrating Radar As A Subsurface Environmental Sensing Tool”, Proceedings Of The IEEE, Vol. 82, Issue 12, 1802 – 1822, 1994. [16] Kıng, R. W. P., and Smıth, G. S.: 'Antennas in Matter' (MIT Press, 1981). [17] Junkın, G. and Anderson, A. P. 'Limitations in Microwave Holographic İmaging Over A Lossy Half Space'. IEE Proc. F,135, (4), pp. 321-329, 1988. [18] Brewıtt-Taylor, C. R., Gunton, D. J., And Rees, H. D.: 'Planar Antennas On A Dielectric Surface', Electron. Lett,17, (20), pp. 729-731, 1981. [19] Burke, G. J., Johnson, W. A., and Mıller, E. K.: 'Modelling of Simple Antennas Near to and Penetrating an Interface', Proc. IEEE, 71, (I), pp.174-175, 1983. [20] Rutledge, D. B., and Muha, M. S.: 'Imaging Antenna Arrays', IEEE Trans., AP-130, (Q), pp. 533-540, 1982. [21] Lodge, Electric Telegraphy. U.S. Patent 609,154 (August 16, 1898). [22] Carter PS. Wideband, Short Wave Antenna and Transmission Line System. U.S. Patent 2,181, 870 (December 5, 1939). [23] Schelkunoff SA. Advanced Antenna Theory. New York: John Wiley and Sons; p 160, 1952. [24] Lindenblad NE. Wide Band Antenna. U.S. Patent 2,239,724 (April 29, 1941). [25] Paulsen L, West JB, Perger WF, Kraus J. Recent İnvestigations on the Volcano Smoke Antenna. IEEE Antennas and Propagation International Symposium (Digest), Columbus, OH, Jun. 2003. [26] Masters RW. Antenna, U.S. Patent 2430353 (November 4, 1947). [27] Stohr W. Broadband Ellipsoidal Dipole Antenna. U.S. Patent 3,364,491, (January 16, 1968). [28] Gibson PJ. The Vivaldi Aerial, Proc. 9th Europe Microwave Conf., Brighton, U.K. 1979. [29] David J. Daniels, Ground Penetrating Radar, 2nd Edition, The Institution of Electrical Engineers, London, 2004. [30] Cook, J.: 'Radar Transparencies of Mine and Tunnel Rocks', Geophysics, 40, (5), pp. 865-885, 1975. [31] Annan, A.P., Waller, W.M., Strangway, D.W., Rossiter, J.R., Redman, J.D., and Watts, R.D., The Electromagnetic Response of A Low-Loss, 2-Layer, Dielectric Earth for Horizontal Electric Dipole Excitation. Geophysics, Vol. 40, No. 2, 285-298, 1975. [32] Smith, G.S., Directive Properties of Antennas for Transmission into A Material Half- Space. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 32, 232-246, 1984. [33] F. B. Gross, Frontiers in Antennas: Next Generation Design & Engineering, New York: Mcgraw-Hill Professional, 2011. [34] G. Chen, and R. C. Liu, “A 900 MHz Shielded Bow-Tie Antenna System for Ground Penetrating Radar,” Proceedings of the XIII Int. Conference on Ground Penetrating Radar, Lecce, pp. 1-6, 2010. [35] R. Clarke, R. Karunaratni, C. Schrader, “Ultra-Wide Band Antenna”, College of Engineering, San Jose State University. Fall 2004. [36] Seok H Choi, Jong K. Park, Sun K. Kim and Jae Y. Park, “A New Ultra-Wideband Antenna for UWB Applications”, Department of Radio Wave Engineering, Hanbat National University, August 2003. [37] J. Silvertrim, “IEEE Ultra Wideband Presentation”, Innovative Wireless Technologies, 1047 Vista Park Drive Suite A, Forest, October 2003. [38] Hans Gregory Schantz, “Radiation Efficiency Of UWB Antennas”, Proceedings of the 2002 IEEE UWBST Conference, 2002. [39] L. R. Lewis, M. Fasset And J. Hunt, “A Broadband Stripline Array Element,” IEEE Antennas Propagat. Symposium Digest, pp. 335–337, 1974. [40] W. F. Croswell, T. Durham, M. Jones, D. Schaubert, P. Friedrich And J. G. Maloney, “Wideband Arrays,” Chapter 12 in Modern Antenna Handbook (C. A. Balanis, Editor), John Wiley & Sons, Publishers, 2008. [41] Balanis, C., Antenna Theory: Analysis and Design, 4th Edition, John Wiley and Sons, New York, 2016. [42] K. S. Yngvesson, T. L. Korzeniowski, Young-Sik Kim, E. L. Kollberg, J. F. Johansson, “The Tapered Slot Antenna - A New Integrated Element for Millimeter-Wave Applications,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech, Vol. 37, No. 2, pp. 365–374, Feb. 1989. [43] B. Schuppert, “Micorstrip/Slotline Transitions: Modeling and Experimental Investigation,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 36, No. 8, pp. 1272–1282, Aug. 1988. [44] E. Gazit, “Improved Design of the Vivaldi Antenna,” IEE Proceedings Microwaves, Antennas and Propagation, Vol. 135, No. 2, Pp. 89–92, April 1988. [45] J. B. Knorr, “Slot-Sine Transitions,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 22, No. 5, pp. 548–554, May 1974. | tr_TR |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/11655/4895 | |
| dc.description.abstract | Ground Penetrating Radar (GPR) is an important remote sensing method. This method is used to detect underground and hidden objects inside concrete blocks and asphalt floors. Ground Penetrating Radars are based on the principle of electromagnetic reflection from different medium. The electromagnetic signal transmitted to the ground reflected back from some layers or objects are collected and processed to get underground images. This information can be used to determine the depth, size, shape, and water density of the target. A basic GPR system consists of a transmitting antenna, a receiving antenna, processing and imaging units. The system performance depends on the basic antenna and radar parameters such as frequency band, transmitter power, antenna gain, dynamic range. These parameters are calculated by keeping the electrical loss of environment (earth, asphalt, concrete etc.) and scattering characteristics of buried object into consideration. Therefore, first antenna parameters are calculated and analyzed according to GPR system requirements and then the design is simulated and optimized on the basis of these parametric analysis. In this thesis, Vivaldi antenna which is an antenna type that can be used for GPR systems is presented and various methods for improving system performance are explained. The optimized antenna is fabricated. The proposed Vivaldi antenna can operate in between 0.5 GHz to 3 GHz frequency band. An antenna array is designed to reduce the side lobes of the designed antenna. This linear antenna array consists of eight Vivaldi antenna elements which are arranged at intervals of approximately a half wavelength (65 mm) of the highest operating frequency. As a result of this study, the gain of the system has increased whereas side lobe levels of the antenna has reduced significantly for 0.5 GHz, 1 GHz, 1.5 GHz, 2 GHz, 2.5 GHz and 3 GHz frequencies of the operating band. A reflector plate is inserted to reduce the back lobe of the antenna array. This reflector plate has reduced the backward radiation level and the front to back ratio has reached 4-14 dB. | tr_TR |
| dc.description.tableofcontents | ÖZET i ABSTRACT iii TEŞEKKÜR v SÖZLÜK vi ŞEKİLLER x ÇİZELGELER xiii 1. GİRİŞ 1 2. YERE NÜFUZ EDEN RADAR (YNR) TEORİSİ 6 2.1. Menzil 6 2.2. Yayılma Hızı 8 2.3. Kargaşa 8 2.4. Derinlik Çözümlemesi 9 2.5. Plan Çözümlemesi 11 2.6. Antenler Arası Mesafe 13 3. YERE NÜFUZ EDEN RADAR ANTENLERİ 14 3.1. Anten Çeşitleri 14 3.2. Bazı Anten Tanımları 15 3.2.1. Aşırı Geniş Bant 15 3.2.2. Gerilim Yansıma Katsayısı 16 3.2.3. Gerilim Duran Dalga Oranı 16 3.2.4. Işıma Örüntüsü 17 3.2.5. Işıma Verimi 17 3.2.6. Anten Kazancı 18 4. VİVALDİ ANTEN ANALİZİ 19 4.1. Tek Anten Teorisi ve Analizi 19 4.1.1. Giriş Empedansı 23 4.1.2. Koçan Yarıçapı (Sr) ve Dairesel Açıklık Çapı (Sd) 28 4.1.3. Anten Uzunluğu (L) 29 4.1.4. Anten Genişliği (W) 30 4.1.5. Anten Arkası Uzunluğu (Bo) 31 4.1.6. Koniklik Uzunluğu (Lt) 32 4.1.7. Ağız Açıklığı (Wmax) 32 4.1.8. Koniklik Oranı (p) 33 4.2. Anten Dizisi Tasarımı 35 4.2.1. 2 Elemanlı Anten Dizisinin İncelenmesi 35 4.2.2. Antenler Arası Mesafe 40 4.2.3. Anten Sayısı 40 4.3. Yansıtıcı Plaka Tasarımı 45 5. VİVALDİ ANTEN TASARIMI ve SİMÜLASYON 51 5.1. Tek Anten Tasarımı 51 5.2. Üretilen Anten ve Ölçüm Sonuçları 56 5.3. Anten Dizisi Tasarımı 59 5.4. Yansıtıcı Plaka Tasarımı 68 6. SONUÇLAR ve İRDELEME 72 KAYNAKLAR 76 ÖZGEÇMİŞ 79 EK A. MATLAB FONKSİYONU 81 | tr_TR |
| dc.language.iso | tur | tr_TR |
| dc.publisher | Fen Bilimleri Enstitüsü | tr_TR |
| dc.rights | info:eu-repo/semantics/openAccess | tr_TR |
| dc.subject | vivaldi anten | |
| dc.subject | yere nüfuz eden radar (ynr) | |
| dc.subject | anten dizisi | |
| dc.subject | yansıtıcı plaka | |
| dc.title | Uhf (Aşırı Yüksek Frekans) Bandında Yere Nüfuz Eden Radar Uygulamaları İçin Geniş Bantlı Anten Tasarımı | tr_TR |
| dc.title.alternative | Design Of Broadband Antennas In Uhf (Ultrahigh Frequency) Band For Gpr (Ground Penetrating Radar) Applications | tr_TR |
| dc.type | info:eu-repo/semantics/masterThesis | tr_TR |
| dc.description.ozet | Yere Nüfuz Eden Radar (YNR) önemli bir uzaktan algılama yöntemidir. Bu yöntem yerin altını ve içinde yer alan nesneleri, beton blokların ve asfalt zeminlerin içlerini görüntüleme amacıyla kullanılır. Yere Nüfuz Eden Radarlar; yer altına gönderilen elektromanyetik sinyallerin, belirli katmanlara ya da nesnelere çarparak yansıyan kısımlarının toplanıp, bu sinyallerin işlenerek yer altının görüntülenmesi prensibine dayanır. Elde edilen bu bilgiler sayesinde hedefin derinliği, boyutları, şekli ve bulunduğu ortamın su yoğunluğu tespit edilebilir. Sistem performansı ortamın (toprak, asfalt, beton vs.) elektriksel kaybı ve gömülü cismin saçılma karakteristiği dikkate alınarak hesaplanan frekans bandı, verici gücü, anten kazancı, dinamik aralık gibi temel anten ve radar parametrelerine bağlıdır. Bu nedenle sistemin amacına göre YNR için kullanılacak antenin parametreleri hesaplanır ve bu analize göre tasarım gerçekleştirilir. YNR sistemleri; verici anten, alıcı anten, işlemci birimi ve görüntüleme birimlerinden oluşmaktadır. Bu tezde YNR sistemleri için kullanılabilecek bir anten türü olan Vivaldi anten tasarımından bahsedilmekte ve sistem performansının arttırılması için çeşitli yöntemler anlatılmaktadır. Yapılan çalışmalar sonucunda tasarlanan Vivaldi anten 0.5 GHz – 3 GHz bandında çalışabilmektedir. Tasarlanan antenin yan kulakçık seviyelerinin düşürülmesi amacıyla bir anten dizisi tasarlanmıştır. Doğrusal bir yapıya sahip olan bu anten dizisinde 8 adet Vivaldi anten aralarında en yüksek çalışma frekansındaki dalga boyunun yaklaşık yarısı kadar (65 mm) aralıklarla dizilmiştir. Bu çalışma sonucunda antenin 0.5 GHz, 1 GHz, 1.5 GHz, 2 GHz, 2.5 GHz ve 3 GHz’deki yan kulakçık seviyelerinde önemli bir azalma gözlenmesinin yanında, sistemin kazancı da artmıştır. Anten dizisinin geri yönlü ışımasının azaltılması amacıyla bir yansıtıcı plaka tasarlanmıştır. Bu yansıtıcı plaka anten dizisinin 170 mm arkasına yerleştirilmiştir. Tasarlanan bu yansıtıcı plaka ile birlikte antenin geri yönlü ışıma seviyesi azalmış ve ön-arka ışıma oranı 4-14 dB seviyelerine ulaşmıştır. | tr_TR |
| dc.contributor.department | Elektrik –Elektronik Mühendisliği | tr_TR |
