Search

Geniş bantlı ve yüksek kazançlı anten uygulamalarında huni antenlere olan ihtiyaç nedeniyle söz konusu antenlerin kullanımı artmaktadır. Geniş bant boyunca hüzmenin sabit kalması, özellikle yön bulma (DF) uygulamaları ve yansıtıcılı anten beslemeleri gibi bazı alanlarda önemli ve gerekli hale gelmektedir. Bu tezde, 4:1 bant genişliği oranını sağlayan, yaklaşık-sabit hüzmeli, geniş bantlı, oluklu, çift mahyalı horn antenin tasarım yöntemi açıklanmıştır. Bu çalışmada sabit hüzme özelliği yalnızca tek bir düzleme ya da bant genişliği 2:1 oranıyla sınırlı simetrik geometrili bir antene sınırlandırılmamıştır. Onun yerine, 4.5 – 18 GHz bandında, hem yatay, hem düşey eksenlerde sabit hüzme özelliği gösteren dikdörtgen huni anten tasarlanmıştır. Öncelikle, huni antenlerin karakteristiğini anlamak için X-bant standart kazançlı huni anten (SGHA) ve geniş bantlı huni antenlerin çalışma bandı boyunca hüzme değişiminine referans olması için klasik çift mahyalı huni anten (DRHA) tasarlanmıştır. Geniş bant boyunca antenin sabit hüzmeli olmasını engelleyen sebepler ve sabit hüzmeli olması için gerekenler araştırılmıştır. İlk olarak DRHA modifiye edilmiş, ardından H-düzlem yanduvarları için `çubuk`lar, E-düzlem duvarları için ise `basamaklı oluk`lar kullanılarak NCBWHA tasarlanmıştır. Yeni olukların giriş admitans denklemleri çıkartılmış ve bant genişliği grafiği klasik oluklar ile karşılaştırmalı olarak verilmiştir. Önerilen yeni oluk 4:1 oranından daha büyük bir bant genişliği sunmaktadır. Bu arada, 50 Ω empedans uyumunu sağlayacak şekilde dalgakılavuzu-koaksiyel adaptör tasarımı da yapılmıştır. Anten tasarımı sırasında elde edilen başarılı simulasyon sonuçlarından sonra tasarlanan antenlerden iki tanesi üretilmiştir. Üretilen antenlerin ışıma diyagramları ve diğer parametreleri mevcut bir yakın alan ölçüm sistemi ile ölçülmüştür. Ölçüm sonuçlarının simulasyonlar ile uyumlu olduğu görülmüştür. Sunulan geniş bantlı anten, 4:1 bant boyunca, H-düzlemde 31.0o±2.5o, E-düzlemde 37.4o±5.2o 3-dB hüzme genişliğine sahiptir. The use of horn antennas is increasing because of their need in wideband, and high gain antenna applications. Beamwidth constancy along the wideband becomes particularly important and necessary in applications such as direction finding (DF) and reflector antenna feeds. We propose a design methodology for near-constant beamwidth, wideband, corrugated double ridged horn antenna over 4:1 frequency band in this thesis. In this study, the beamwidth constancy is not restricted to a single-plane or to a symmetrical geometry antenna which has a limited bandwidth (BW) ratio of 2:1. Rather, we aimed to design a rectangular horn with constant beamwidths at both azimuth and elevation planes from 4.5 to 18 GHz. We first design X-band standard gain horn antenna (SGHA) to understand the characteristics of horns and a conventional double ridged horn antenna (DRHA) to use it as a reference for beamwidth variation of wideband horns through the operating band. We also investigate the root causes that impede the antenna from constant beamwidth along wideband, and the requirements to achieve the beamwidth constancy. We first modify the DRHA to design near-constant beamwidth wideband horn antenna (NCBWHA), and then use structures called `pinwall` and `stepped-shape corrugated slot`, which are implemented in H-plane sidewalls and in E-plane walls, respectively. We derive the input admittance of a new step-shaped slot, and then determine the bandwidth by comparing to conventional corrugations. The proposed corrugation presents wideband characteristics with a BW ratio of more than 4:1. We also designed a broadband double ridged waveguide-to-coaxial (rwg-to-coax) adapter to match the antenna impedance to 50 Ω.After the design is completed in simulations, two different prototypes of antennas are built which are coax-fed curved pinwall DRHA and NCBWHA. The radiation pattern and other parameters of manufactured antennas are measured using a commercially available near-field system. We observe that the measurement results corroborate with simulation ones fairly well. The proposed antenna in this study has 4:1 wideband characteristics with 31.0o±2.5o in H-plane and 37.4o±5.2o in E-plane 3-dB beamwidths. 146

Kavite magnetronlar, İkinci Dünya Savaşı'ndan bu yana mikrodalga frekanslarda yüksek güç gereksinimini sağlamak amacıyla kullanılmaktadır. Radar ve haberleşme uyduları başlıca kullanımalanlarıdır. Magnetron teorisi üzerine uzun zamandır çalışılmasına rağmen takip edilen belirlenmiş sabit bir tasarım metodu geliştirilememiştir. Tasarım sırasında genelikle iterative tekniklere yer verilir ve parçacık simulasyonu yapabilen programlar kullanılır. MAGIC bunlar içerisinde en yaygını olmasına rağmen, bu çalışmada CST Particle Studio kullanılmıştır.Magnetron tasarımını görece kısa bir zamanda gerçekleştirebilmek ve istenilen sonuçlara yeterli hassasiyette ulaşabilmek için tasarımda kullanılan parametrelerin ilk değerlerinin doğru hesaplanması çok önemlidir. Bu nedenle, tasarım metodu geliştirilmiş ve çıkarılan metot açıkça anlatılmıştır. Belirlenen metot yardımıyla X frekans bandında çalışan magnetron tasarlanmıştır. CST Particle Studio'nun Eigenmode, Particle Tracking ve PIC solver kısımları kullanılarak yapının üç boyutlu modeli oluşturulmuş ve tüm tasarım parametrelerinin etkileri incelenmiştir. Ayrıca, simulasyonlar farklı program parametreleri ile de çalıştırılarak model üzerindeki etkileri gözlemlenmiştir.Magnetron tasarımındaki bir diğer önemli konu da gürültü analizidir. Yıllardır yürütülen çalışmalara rağmen gürültü üreten mekanizma tamamen açıklanamamaktadır. Diğer yandan, gürültü kaynağını ortaya çıkarabilmek amacıyla bir çok deney gerçekleştirilmiştir. Yapılan bu çalışmalarda gürültü azaltma amacıyla çeşitli teknikler geliştirilmiştir. Bu metotların her biri CST Particle Studio ile modellenmiş, simule edilmiş ve sonuçları gözlemlenmiştir.Yapılan çalışmalar sonucunda tezin katkısını iki ana başlık altında toplamak mümkündür. Öncelikle magnetron tasarımı detaylı bir şekilde açıklanmış, bu yapıdaki magnetron tasarımları için belirli bir tasarım yolu çıkarılmıştır. Ayrıca tasarım parametrelerinin magnetron performansını nasıl etkiledikleri de incelenmiştir. Ardından, magnetron yapısında gürültüye neden olan mekanizma araştırılmış ve gürültü azaltma metotları açıklanmıştır. Bahsedilen teknikler tasarlanan sekiz kaviteli X frekans bandında çalışan magnetron yapısına CST Particle Studio yardımıyla uygulanmıştır. Cavity magnetron as a high power microwave source has been around since the Second World War. It is mostly used in radars and communication satellites. Even though the theory of magnetron has been around for a long time, there is no straightforward design method to follow. Usually iterative techniques have been used and particle simulators are the first choice in the study and design of cavity magnetrons. In recent years, although MAGIC is very popular program, in this thesis, CST Particle Studio is used.In a magnetron design, it is very important to start with accurately calculated parameters to ensure convergence to desired results and develop the design in a relatively short time. For this reason, a design method is derived and explained in detail in this thesis. The resulting expressions are used in the design of X band magnetron. Using eigenmode, tracking and PIC solver parts of CST Particle Studio, 3D computer model is formed and the effects of all primary design parameters are examined. In addition, simulations run with different program parameters to study the effects of modeling parameters on designed model.Another important phenomenon in magnetron design is its noise. The noise generating mechanism has not been understood completely even though many studies have been devoted to this subject. On the other hand, the various experiments have been performed to reveal primary noise sources of a magnetron. According to these works, there exist several noise reduction techniques. These methods are separately modeled using CST Particle Studio and best noise reduction technique is chosen for particular magnetron geometry.Thus, the contribution of this thesis is two-fold. First, the design of an X band cavity magnetron is detailed and the impacts of design parameters on the performance of an X-band magnetron are investigated. Then, the sources of noise in a magnetron are studied and noise reduction mechanisms are proposed and implemented on an eight hole-slot type cavity magnetron. 150