Erkul BAŞARAN, Fatih ERDEN, Gökhan ŞAHAN

Düşük Arka/Yakın Yan Kulakçık Seviyesine Sahip Dizi Beslemeli Parabolik Reflektör Anten Tasarımı

Günümüzde sivil alanlarda olduğu kadar askeri alanlarda da önemli bir yere sahip olan antenler, radar sistemlerinde sistem karakteristiğini belirleyen en önemli elemanlardan biridir. Reflektör antenler dar hüzme genişlikli ve yüksek kazançlı ışımalarından dolayı radar sistemlerinde sıklıkla tercih edilmektedir. Yüksek kazanç ve düşük yan/arka kulakçık seviyesi, reflektör anten tasarımındaki en önemli parametrelerdendir. Reflektör antenlerin ışıma desenlerinde oluşan yan kulakçıklar istenmeyen yönlerde enerji dağılımına neden olur. Bu çalışmada, yatay ve düşey düzlemlerde düşük arka/yakın yan kulakçık seviyesine sahip özgün parabolik reflektör anten tasarımı ve performans analizi incelenmiştir. Bu maksatla, üç elemanlı Yagi antenden oluşan ikili dizi beslemeye sahip, özgün omuz ve şerit tasarımlarıyla arka/yakın yan kulakçık seviyeleri bastırılmış parabolik reflektör anten tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan antende 1100-1200 MHz arasında 24,5 dB kazanç, yatay düzlemde -26 dB, düşey düzlemde -28,8 dB yan kulakçık seviyesi, 10° yarı-güç hüzme genişliği (-3 dB) elde edilmiştir. Tasarımın Avrupa Telekomünikasyon Standartları Komitesi (European Telecommunication Standards Committee-ETSI) Sınıf-2 standartlarını karşıladığı gösterilmiştir. Tasarım, analiz ve optimizasyon çalışmaları CST programında yapılmıştır.

Anahtar Kelimeler:

Parabolik reflector, Yagi anten, Dizi besleme, Yan kulakçık bastırma, Arka kulakçık bastırma

Array Feed Parabolic Reflector Antennas Design Having Low Near Sidelobe and Backlobe Levels

Antennas which are one of the most important components that designate the system characteristic in radar systems, nowadays have a substantial position in military as well as civil areas. Due to their narrow beamwidth and high gain radiation reflector antennas are frequently preferred in radar systems. High gain and low sidelobe/backlobe levels are one of the most significant parameters in reflector antenna design. Sidelobes in radiation patterns cause the energy to radiate in undesirable directions. In this study, parabolic reflector antenna design with low near sidelobe and backlobe levels on horizontal/vertical planes and its performance analysis are presented. For this purpose, three element Yagi array fed parabolic reflector antenna with suppressed near sidelobes and backlobes by novel shroud and strips is designed. Thus, for the proposed reflector antenna; a gain of 24,5 dB, sidelobe level of -26 dB and 28,8 dB respectively on horizontal and vertical plane, backlobe level of -42,3 dB and half power beamwidth of 10° on 1100-1200 MHz frequency band are achieved. It is shown that our design fulfills the ETSI Class-2 standards. Design, analysis and optimization studies are performed on CST program.

Keywords:

Parabolic reflector, Yagi antenna, Array feed, Sidelobe suppression, Backlobe suppression,

PDF

___

[1] Begum S.R.U. ve Ramakrishna D., "Design and Development of 18 GHz Reflector Antenna for Microwave Point to Point Links", IEEE Annual India Conference, Hyderabad, 1-6, 16-18 Aralık 2011.
[2] Hwang Y. ve Han C., "A GTD Analysis of Shroud-Surrounded Reflector Antenna", IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, Washington, D.C., USA, 389-391, 15-19 Mayıs 1978.
[3] Narasimhan M. S., Raghavan K. ve Ramanujam P., "GTD Analysis of the Radiation Patterns of a Prime Focus Paraboloid With Shroud", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Cilt:31, Sayı:5, 792-794, Eylül 1983.
[4] Gürcan M.E., Başaran E. ve Türetken B., "Analyzing of the Feed Line and the Shroud Effects on a Reflector Antenna Performance", URSI General Assembly and Scientific Symposium, Istanbul, 1-4, 13-20 Ağustos 2011.
[5] Satoh T., Endo S., Matsunaka N., Betsudan S. ve Katagi T., "Sidelobe Level Reduction by Improvement of Strut Shape", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Cilt 32, No 7, 698-705, Temmuz 1984.
[6] Lang K.C., Lee S., Lang K. ve Chang D., "Sidelobe Reduction of a Parabolic Reflector with Auxiliary Reflectors", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Cilt 35, No 12, 1367-1374, Aralık 1987.
[7] Gong Y.X., Zhen L., Mittra R., Yu W.H. ve Shao W.Z., "Edge treatment for Sidelobe Reduction of Parabolic Reflector Antenna with a Two-layer Absorber", 2011 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation, Spokane WA, 2184-2186, 3-8 Temmuz 2011.
[8] Harmouch, A.H., Kamali W.A., Sanjakdar G.A., ve El-Abed A.Y., "Effects of Metallic Strips on the Radiation Characteristics of Dish Reflector Antenna", PIERS Proceedings, Cambridge, USA, 5-8 Temmuz 2010.
[9] Milligan, T., “Modern Antenna Design”, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2005.
[10] Balanis, C. A., “Antenna Theory Analysis and Design”, John Wiley & Sons, Inc., New Jersey, 2005.
[11] Singer, A., “Feed Design and Selection For Microwave Antennas”, Mobile Radio Technology, Primedia Business Magazines & Media Inc., Şubat 2003.
[12] Stutzman, W.L. ve Thiele, G.A., " Antenna Theory and Design", John Wiley & Sons, Inc., 2012.
[13] Viezbicke, P.P., "NBS Technical Note 688: Yagi Antenna Design", US Department of Commerce, Washington, DC, 1976.
[14] Reddy, C. J. ve Gampala, G., "Comparison of Various CEM Methods For Antenna Array Applications", 31st International Review of Progress in Applied Computational Electromagnetics (ACES), Williamsburg, VA, 1-2, 22-26 Mart 2015.
[15] Borries, O., Jorgensen, E. ve Meincke, P., "Solution of Electrically Large Scattering Problems on a Laptop", IEEE International Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, Vancouver, BC, 2183-2184, 19-24 Temmuz 2015.
[16] Zhao, H., "MLFMM-Accelerated Integral-Equation Modeling of Reverberation Chambers", IEEE Antennas and Propagation Magazine, Cilt 55, Sayı 5, 299-308, Ekim 2013.
[17] ETSI EN 302 217-4-1 V1.4.1, “Fixed Radio Systems; Characteristics and Requirements for Point-to-Point Equipment and Antennas; Part 4-1: System-Dependent Requirements for Antennas”, European Standard, Telecommunications Series, 2009.