Search

In this paper, a microstrip array antenna with ±45° slant polarization, -20 dB side lobe level and 16.3 dBi gain, half power beamwidth 10° in the azimuth axis is presented for use in mid-range automotive radars. In the array antenna, low side lobe level is obtained by using the serial feeder circuit designed with amplitude suppression methods. Thus, the false alarm rate is reduced. A second feed line was placed with the polarization of the patch antenna array tilted by ±45°, thus increasing the accuracy of the collected information by obtaining the double polarization feature. With the results of the antenna simulated with the computer aided design program, the antenna features required by the mid-range automotive radars have been met., Bu bildiride, orta menzil otomotiv radarlarında kullanılmak üzere ±45° eğik polarizasyona, -20 dB yan kulakçık seviyesine sahip ve kazancı 16.3 dB, yarı güç hüzme genişliği yanca ekseninde 10° olan bir mikroşerit dizi anten sunulmuştur. Genlik bastırma yöntemleri ile tasarlanan seri besleme devresi dizi antenin beslemesinde kullanılmış ve düşük yan kulakçık seviyesi elde edilmiştir. Böylece yanlış alarm oranı azaltılmıştır. Yama anten dizisinin polarizasyonu ±45° eğik olacak şekilde ikinci bir besleme hattı yerleştirilmiş ve böylece çift polarizasyon özelliği elde edilerek toplanan bilginin doğruluğu arttırılmıştır. Bilgisayar destekli tasarım programı ile benzetimi yapılan antenin sonuçları ile orta menzil otomotiv radarlarının ihtiyaç duyduğu anten özellikleri karşılanmıştır.

25th Signal Processing and Communications Applications Conference, SIU 2017 -- 15 May 2017 through 18 May 2017 -- -- 128703, Mammography and ultrasound are commonly used techniques for detection and follow-up of breast cancer. Microwave induced thermoacoustic imaging is a new non-ionizing imaging modality that can facilitate early detection and follow-up of cancer. Here we present development of an experimental microwave induced thermoacoustic imaging system along with preliminary test results.

25th Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU) -- MAY 15-18, 2017 -- Antalya, TURKEY, WOS: 000413813100591, Mammography and ultrasound are commonly used techniques for detection and follow-up of breast cancer. Microwave induced thermoacoustic imaging is a new non-ionizing imaging modality that can facilitate early detection and follow-up of cancer. Here we present development of an experimental microwave induced thermoacoustic imaging system along with preliminary test results., Turk Telekom, Arcelik A S, Aselsan, ARGENIT, HAVELSAN, NETAS, Adresgezgini, IEEE Turkey Sect, AVCR Informat Technologies, Cisco, i2i Syst, Integrated Syst & Syst Design, ENOVAS, FiGES Engn, MS Spektral, Istanbul Teknik Univ

In this study a GaN HEMT X Band Class F Power Amplifier is presented. Center frequency of the amplifier is 8.2GHz and amplifier has 62% peak efficiency with 9.3dB power gain. Modelithics advanced GaN HEMT nonlinear transistor model is used at design process. Radial stubs are preferred to increase bandwidth. Amplifier has 170MHz bandwidth above 60% efficiency. Therefore, proposed amplifier is suitable for high data rate communication systems, Bu çalışmada X bandında çalışan, yüksek verimli F sınıfı güç kuvvetlendiricisi Galyum Nitrit Yüksek Elektron Hareketlilikli Tranzistor (High Electron Mobility Transistor, GaN tHEMT) kullanılarak tasarlanmıştır. Bu tasarımda kullanılan Triquint TGF2023-1-01 tranzistoru için Modelithics geliştirdiği doğrusal olmayan tranzistor modeli kullanılmıştır. Tasarlanan devrenin daha geniş frekans bandından çalışmasını sağlamak için kapasitif elemanlar radyal yapılı mikroşerit hatlar ile gerçeklenmiştir. Tasarım sonucunda 8.2 GHz merkez frekansında elde edilen en yüksek verim %62, güç kazancı ise 9.3dB’dir. Tasarlanan devre geniş bantlı iletişim sistemlerinde (170MHz) kullanılmaya uygun olarak bant içerisindeki verimi %60’ın üzerindedir. Çalışma sonunda GaN HEMT kullanarak yüksek çıkış gücüne sahip yüksek verimli kuvvetlendirici elde edilmiştir.

In this study, Finite-Difference Time-Domain (FDTD) method is used to calculate the Specific Absorbtion Rate (SAR; defined as the power absorbed by unit mass of the tissue) distribution in a human head near a hand-held cellular phone. A three dimensional FDTD algorithm is built in cartesian coordinates. A discrete human head model, derived from a Nuclear Magnetic Resonance (NMR) image by semi-automatic algorithm, is located within FDTD volume together with a discrete hand-held receiver model. FDTD simulations are carried out for both european GSM (operating at 900MHz) and DECT (operating at 1.8GHz) systems with a quarter-wavelength antenna, mounted on top of the hand-held cellular phone. A new and an effective way of calcuating input, radiated and absorbed power distributions is introduced where time-domain Poynting vector is traced over a closed virtual surface surrounding the discrete phone and head models. SAR distributions for various vertical and horizontal slices of the human head are calculated and are shown to agree with the available calculation and measurement results. The computational results are interpreted in terms of international safety guideliness for human health.

ÖZET GÖMÜLÜ İLETKEN CİSİMLERİN ELEKTROMAGNETİK DALGALAR YARDIMI İLE ZAMAN DOMENİNDE ALGILANMASI Geniş bandlı yüksek güçlü RF işaret kaynaklan ve yine geniş bandlı hassas alıcılardaki yapısal teknolojik gelişmeler gömülü cisimlerin algılanması için yeni yöntem ve uygulamaların geliştirilmesini kaçınılmaz kılmaktadır, ister sivil ister askeri amaçlar için olsun yeni algoritmalara gereksinim duyul maktadır. Yakın geçmişe kadar elektromagnetik dalgalar kullanılarak cisimlerin görüntülenmesi çoğunluk ile simetrik cisimler için frekans domeninde gerçekleştirilmiştir. Düşük kontrasta sahip cisimler için geliştirilen yöntemler sınırlı uygulama alanı bulmuşlardır. Diğer bir grup çalışmada ise radar temeline dayanan gecikme hesaplanmıştır. Elektromagnetik kaynakların gelişimi ile radar prensibi gömülü cisimlerin deteksiyonuna uygulanabilmiştir. Tezin birinci bölümünde konu açıklanarak problemin geometrik yapısı tanıtılmış, çözüm için izlenecek yol ve uygulanacak kısıtlamalar belirtilmiştir. Gerçekleştirilmiş çalışmalar kısaca özetlenmiştir, ikinci bölümde zaman domeninde gömülü cisimden saçılan dalganın hesap edilmesi için kul lanılacak sayısal hesaplama yöntemi özetlenerek bu yöntemde problemle ilgili yapılması gerekli iyileştirmeler belirtilmiştir. Tezin üçüncü bölümünde cisimden alınan cevabın ön işlenmesi açıklanarak güç yoğunluk vektörünün cismin algılanmasındaki rolü belirtilmiştir. Üçüncü bölümde problem geometrisine ait Green fonksiyonunun analitik olarak elde edilmesi açıklanmıştır. Cisim kesitinin integral denklem ile elde edilmesi yine bu bölümde yer almak tadır. Dördüncü bölümde seçilen değişik problem parametreleri için elde edilen sonuçlar sunulmuştur. Son bölümde ise önerilen yöntem ile ilgili sonuçlar ver ilmiş ve yapılması düşünülen çalışmalar belirtilmiştir. Bu tez çalışmasında elektromagnetik dalga kullanılarak gömülü cisimlerin zaman domeninde algılanması hedeflenmiştir. Cismi uyaran dalga şeklinin zaman domeninde geniş bandlı bir darbe olduğu düşünülmüştür. Gömülü cismin silindirik rastgele kesitli ve mükemmel iletken kuvvetli saçıcı olduğu kabul edilmiştir. Önerilen algılama yönteminin, cismi uyaran kaynak işaretinin davranışı, gözlem bölgesi, cisim boyutları, ortam paremetrelerinin pratik uygulanabilir değerleri için kabul edilebilir sonuçlar vermesi hedeflenmiştir. Zaman domeni cevabından elde edilen güç yoğunluk vektörünün cismin belirlenmesinde kullanılması ve probleme ait Green fonksiyonu kullanılarak hiç bir yaklaşıldık yapılmaksızın analitik olarak cismin algılanması ilk kez bu tezde işlenmiştir. SUMMARY DETECTION OF THE BURIED CONDUCTED OBJECTS USING ELECTROMAGNETIC WAVES IN TIME-DOMAIN Historically, most electromagnetic wave propagation problems have been an alyzed in the frequency domain with the assumption of steady state. The main reason is that most electromagnetic sources have been built to operate in the time-harmonic regime (single frequency). However, new technological advances have made it possible to generate high-power, wide-band electromag netic signals such as short-duration pulses. Together with wide-band receivers, these impulsive sources provide for a gathering of data over a large frequency range at a high rate. At the same time, interest has emerged to study and understand various transient wave phenomena. The analysis of electromagnetic pulse propagation through high-speed inte grated circuits, the study of wide-band antenna and radar systems, subsurface detection, geophysical exploration, and target identification are among the areas which relie on the transient wave propagation in inhomogeneous me- dia.In some applications, it is required to deduce the physical properties of the medium or object under study, such as the size, shape and electrical char acteristics, from the transient scattered field measured at a set of receivers outside the scatterer due to a collection of transmitters. This kind of prob lems are known as the inverse scattering problems whose solution is inherently non-unique. In this thesis, first an efficient method of solving transient electromagnetic scattering problem in an arbitrary two-dimensional inhomogeneous, isotropic medium is introduced. The method is then applied to model the ground pen etrating radar. Then, obtained transient response of the object is analyzed. Two dimensional detection algorithm is developed by using the frequency do main Green's function. Some results are given, and comparisons are made between different physical configurations. Several excellent and flexible methods have been developed in recent years for the solution of time-domain wave propagation problems in inhomogeneous media in one, two or three dimensions. Three include the finite difference time domain FDTD method [1], the transmission line matrix method TLM, and some integral equation methods [2]. Almost all wave propagation takes place in three spatial dimensions. However, if three-dimensional models are used in Vlly=b observation path 1 £j.g ground 2 A~x Figure 1 Typical experimental configuration of the problem the numerical solution of wave propagation in inhomogeneous media, one finds that even the largest and most powerful present-day computers are quickly swamped with relatively small-sized problems. Hence, even if the available theoretical models are valid for three dimensions, our computational capabili ties are not prepared for them. This is why in many cases, a two-dimensional model is used to approximate three-dimensional media and objects. This is, in fact, a sufficient approximation in several situations, e.g., in modeling the geophysical formations parallel to the surface of the Earth, reinforcement bars in construction. In Chapter 2, an efficient solution to forward scattering problem is introduced based on the finite difference time domain (FDTD) method. This solution is then applied to model the subsurface interface radar geometry. The geometry consist of two isotropic half-spaces characterized by constitutive parameters {?0,fj,0,cr = 0) and (er. e0,fj,0,a ^ 0). Region 1 is a homogeneous half-space and corresponds to free space. Region 2, representing the ground, is an inhomogeneous half-space. An arbitrary shaped perfectly conducting (PEC) object of finite size is located in region 2. This could, for example, represent a vertical cross section of the earth, xy plane, consisting of several inhomogeneities that run parallel to the ground, z direction as shown in Fig.l. The object is illuminated by a linearly polarized impulsive plane wave from the region 1. The refracted pulse is the source of the scattered response. The reconstruction process requires successive solutions to a forward scatter ing problem. For this investigation, the FDTD technique is used for the for- vmward scattering problem by making some geometry depending improvements. Since FDTD is a time domain technique, the desired frequency components are obtained via a discrete Fourier transform. Time-dependent source free two dimensional Maxwell's equations in Cartesian coordinates are dEz = -p- dHx dEz /*- dHv dHv dH._ x dEz = e-^- + oEz dy ^ dt dx ' dt dx dy ` dt We are able to discritize these three differential equation as SSihJ) = H^-%J) ~ J^Erll/h3) - ET^iiJ - 1)] J3J(i, j) = JBÇ-%3) + ^Er1/2(iJ) ~ K~l/2(i ~ 1, J)] -n/a,,,x _ t'ET^İiJ), At.[fly(»,j)-fly(i-l,j)] z {,J) {e + o At) ^ Ax(e + aAt) At-[H2(i,j)-H2(i,j-l)/ Ay(e + a At) (1) (2) (3) (4) The superscripts refer the time steps. Here, At is the unit time step, Ax, Ay is the distance between adjacent nodes as shown in Fig.2. For the iterative finite difference schemes, the stability criterion needs to be specified. ©__£__Ö._-^._.q__ A-O- id, j+D - - _ 4> _ _ A i -£ - -A- T $- - A- - $ - Ay * T * * (i,j> ©- -A - -© - -A- 4 ¦©- - A- - (i+l,j> ©- o E, * H, A H, Figure 2 Typical node configuration 2D finite-difference grid. For the two dimensional problem, the required Courant-Lewy-Friedrichs sta bility condition is At< 1 CsJ{l/AxY + (i/Ayy (5) where c is the speed of light in the free-space. The quantities Ax and Ay are chosen according to the highest frequency content of the source excitation. These discretized Maxwell's equations (2)- (4) can be written for the scattered wave components in the lossy media as IX3.5 4 Time [ran} Figure 3 Shifted first derivative Gaussian pulse - Incident Field. HSiiJ) = K~/h3) ~ KH{Erl/2(iJ) ~ Erl/2(i,j - 1)) H%(i, j) = H%-'(i,j) + KH(E?-l'*(i,j) - EZ~lf2{i ~ 1, 3)) -ür«(flrı/a(i,i)-flrı/2(i,i-i)) Kex = eT + a At Ke2 = At/A, er + a At xy KH = At VoA, (6) (7) (8) 0) xy Since the spatial domain of the considered scheme is inevitably finite, appro priate boundary conditions are employed to eliminate reflections from the walls of the computational domain. In this thesis, the second order MUR absorbing boundary condition is applied [3]. This boundary condition is imposed for only electrical field component. The source of excitation in scattered field is a known incident field that is injected into the grid via the PEC object nodes. The time variation of the incident field (waveform) can be arbitrary, but the first derivative of the Gaus sian pulse shape is used in thesis. For the PEC boundary condition on the object only electric incident field is needed for these PEC nodes. E?(i,j) = -Er(i,r,n) (10) For the Ax = Ay = Axj, = 1cm spatial distance, Courant stability criteria requires the 23.6psn time step. To obtain the better result, 16.Qpsn time steps is used to time domain calculations. Usually, Axy is taken to be one-tenth of the smallest wavelength included in the spectrum of ElT{i, j;n). For the2 3 Frequency [GHz] Figure 4 Normalized amplitude spectrum of the incident wave form. calculations Xmin = 10.0 x A^ which corresponds the /min = 10.0cm and max imum spectral frequency is fmax = 3GHz. Incident field wave form is taken as -11.4 109(i -r)e`2-466 I(jl9(*-T)2 shown in Fig.3. Frequency transformation of this pulse shape can be seen in Fig.4. The receiver moves horizontally along the interface (y = 6) and records the scattered wave. Instantenous power density of this response can be calculated as Pt(x;i) = E(x;t) x H(x;t) total scattered power density would be oo P{x) = J Pt(x;t)dt (11) (12) which shows the amount and direction of the power that is leaved away the object at the observation locations. These directions can be continued to the medium interface and can be transformed back to the region 2 by using the Snell's refraction rule. Graphical representation of this continuation is show in Fig. 5 with the correct shape and location of the object. For the Fig.5, host medium is the lossy ground half space with the parameters er = 8, a = 0.001 S/m, and incident plane wave direction is 0jnc=45° in region 1, PEC object is consist two distributed part, one of them is the cylinder which is centered at the (x = 100cm; y = -60cm) and radius is a = 10cm, the second part of the object is the rectangular prism with the dimension 20cm x 5cm which is located (a; = 155cm; -42.5cm). The object is illuminated by the first derivative of the Gaussian pulse shape which is shown in Fig.3. 1500A* time step FDTD calculation is performed. The normalized amplitude and direction XIr-r- 30 :':iit ' * /' 100 1» 200 300 Figure 5 Amplitude and direction of the power density function. of the cumulative power density function is calculated on the observation path. For the recognition of the object, frequency domain response is obtained by us ing the discrete Fourier transformation of the measured electrical field Ez(x; tn) At N ^ 71=1 (13) where N is the number of the observation time samples. For the reconstruction of the cross section of the object, analytical system function (Green's function) is expressed. Unit amplitude line filament's electrical field can be expressed as the Green's function in the free space [4] G2(a;,y;£,77) = ^ J 00 ei(z-Ç)a+iV*l=«%-'?)l ^ da (14) a£ where (x, y) is the observation location and (£, rj) is the source point and k2 is the complex wave number of the host media w.a «2 = -i/?r + t C V W?0 (15) The plane wave term in the integral equation (14) can be refracted to the region 1 and can be expressed as [5] a 21 i °? eJa(x-Ç)+V*?-a2î.-V*?-`2* da (16) az xuE < Figure 6 Normalized cross section of the reconstructed object. In general, the observed frequency domain response of the buried object can be thought as the superposition of the surface currents. To obtain current distribution, transformed response is integrated observation path by using the system Green's function as I(Ç,T,) = JEz(x)f)'G*2l(x;Ç,r])dx (17) where L corresponds the observation path, for the above example, L = 300cm and b = 25cm, obtained horizantal cross section (solid line) and object (dashed line) is shown in Fig. 6. To demonstrate the performance of the detection method many different type of object and illimunation configuration are used in chapter four. Presented method does not require any priory knowledge of object. Time domain pulse response of the buried strong object is considered for the measured data. Re alistic media and physical sizes are used. The usage of the power density direction for the detection is introduced. System Green's function is used to obtain the object cross section distribution by using the integral equation formulation. xni 73

ÖZET MIKRODALGA DİFRAKSİYON TOMOGRAFİSİ İÇİN ADAPTİF BİR GÖRÜNTÜ OLUŞTURMA ALGORİTMASI Mikrodalga sistem ve teknolojilerindeki gelişmeler mikrodalga düzenlerinin değişik uygulamalarda kulanılmasım mümkün kılmaktadır. Bir cisim yada ortamın fiziksel paremetrelerine dokunmaksızın Özelliklerini belirlemek, pratikte birçok uygulama alanı bulabilen bir ölçme yöntemidir. Halen değişik kaynaklar ( X-ışını, elektromagnetik dalgalar, manyetik rezonans, akustik dalgalar ) kullanılarak cisimlerin fiziksel paremetre dağılımları bulunmaya çalışılmaktadır. Elektromagnetik dalgalar yardımı ile mikrodalga difraksiyon tomografisinde Fourier difraksiyon teoremine dayanarak zayıf kontrastlı yani Born yaklaşımının geçerli olduğu cisimlerin iki boyutlu kesit parametrelerinin bulunması mümkün olmaktadır. Ancak yüksek kontrastlı dağılımların belirlenmesinde bu teorem yetersiz kalmaktadır. Araştırmacılar bu gibi kuvvetli saçıcı cisimlerin dağılımlarını belirlemek için hızlı ve güvenilir ters saçılma algoritmaları aramaktadırlar. Bu çalışmada halen geliştirilmeye çalışılan algoritmalardan farklı olarak çözüme adaptif hata azaltma yöntemi ile ulaşılması araştırılmıştır. Tezin birinci bölümünde silin dirik bir cisimden saçılan alan değerlerinin ifadesi sunulmuştur. İkinci bölümde ters saçılma bağıntısının moment methodu ile oluşturulması ve saçıcı sistemin modelinin adaptif sisteme uygunluğu gösterilerek, ters saçılma bağıntısının adaptif bir çözümü verilmiştir, üçüncü bölümde algoritmanın mikrodalga difraksiyon tomografisine uygulanması değişik örnekler ile gösterilip performansı incelenmiştir. Bu tezde halen kullanılan mikrodalga difraksiyon tomografisinde görüntü oluşturma algoritmaları ile sağlanamıyacak resolüsyonda görüntülerinin adaptif algoritmalar yardımı ile basit ve hızlı bir şekilde oluşturulabileceği gösterilerek, adaptif algoritmaların deterministik algoritmalara iyi bir rakip ve tercih edilebilir bir alternatif oluşturduğu ispatlanmıştır. - III SUMMARY AN ADAPTIVE RECONSTRUCTION ALGORITHM FOR MICROWAVE DIFFRACTION TOMOGRAPHY In the past few years, there has been a growing interest in microwave imaging. However, concerned about the complexity of the mathematical models involved in microwave imaging processes, researchers are currently working on the development of simple, yet efficient and reliable, imaging systems. In the past, several algorithms based on the well-known Fourier diffraction projection theorem were developed for electromagnetic diffraction tomography. Since such algorithms are generally based on Born's or Rytov's approximations, they have been successfully utilized in case of weakly scattering objects. However, they usually fail when applied to strong scatters. The aim of this thesis is to show that general microwave diffraction imaging formulation illuminates alternative, computationally efficient solution methods for several classes of signal processing problems. Diffraction imaging problems arise in physics, geophysics and acoustics; and in one class of formulations they require a procedure to determine parameters of medium from wave measurements. There exists a close relationship between the physical microwave imaging problems and some issues in signal processing such as the design of digital filters, the development of linear prediction algorithms and their adaptive filter implementations. For many of these problems several efficient algorithms already exist in the literature, but the connection between the different solutions are not always clear. In this thesis alternative procedures are shown which correspond to conceptually extremely simple, basic ways of solving microwave imaging problems: the so called adaptive prediction methods. Examples include LMS method for determining the optimal medium parameters. - IVConsider the two dimensional scattering problem shown in Fig. 1.; where the formation is characterized by an index of refraction n(?) which is equal to a real constant ( no loss of generality ) except over some finite region S that is contained between the source and receiver arrays. No assumption will be made concerning the magnitude of index n(r`) so that the developed theory will be valid for both strongly and weakly scattering formations. However, the formation is two-dimensional so that n(?) is a function depending only on x and y as illustrated. The plane wavefield is generated by a suitable linearly phased line sources. The wavefield satisfies the reduced wave equation which can be written in the form [v2+fc2]tf(r)«0(?)£/(?) (1) where O(r) is called as object function 0(?)=fc2[l-n(T)] (2) where r denotes the two-dimensional position vector, V is the two-dimensional Laplace operator and k=2rc/A is the wave number in the region exterior to S; in which the index of refraction n(f)=l. ntr>»l Figure 1. Geometry of the scattering system. The solution to equation (1) are given as - V -U(?)-U,n (?)+ j 0(T-)U(r-)G(r,?*)

Uydu haberleşmesinde kullanılan geleneksel almaç yapıları incelendiğinde, yansıtıcıantenler ve yansıtıcı merkezine yerleştirilmiş LNB yapıları görülebilir. LNB, çiftkutuplamalı olarak iki ayrı pininden dikey ve yatay kutuplanmalı dalgaları almaktadır.Her iletişim sisteminde olduğu gibi alınan işaret ön yükselteçe sokulduktan sonra aşağıçevirici yardımıyla orta frekansa indirilir. Sonrasında ise çözücü aygıta iletilerek işaretanlamlandırılır. Uydu sistemlerinde anten yönü her zaman uyduya dönük olmalıdır.Hareketli araçlarda bu yönlenme motor kontrol birimleri vasıtasıyla sağlanır. Bu tezdegeleneksel sistemin kapladığı hacmi düşürecek ve uyduya yönelme hızını yükseltecekve aynı zamanda araç içerisinde daha gizli tutulabilir bir sistem tasarımı çalışılmıştır.Tez içeriğinde bu amaçla faz dizili anten alıcı sistemi tasarlanmıştır. Sistemin Ku bandalıcı frekansları olan 10.7 GHz ile 12.7 GHz arasına uygun yapılması hedeflenmiştir.Dizi antenin kazancının en düşük 30 dB olması hedeflenmektedir. En yüksek kazançnoktasında ise 32 dB kadar kazanç görülmesi beklenmektedir. Bu sebeple 16x16 birsistem, birim antenleri 8 dB ortalama kazanç sağlayacak şekilde tasarlanmıştır. Bukazançta bir birim anten için yama anten kullanımı uygun olmaktadır ancak geniş bantbir tasarım olacağı için yama anten üzerinde değiklik yapılması zorunlu olmuştur.Yama antenin band genişliği normal koşullarda % 5 iken, açıklık beslemesi veparazitik yama metoduyla %13'ten fazla band genişliği elde edilebilmektedir.Uygulama kolaylığı sebebi ile bu tezde parazitik yama yöntemi tercih edilerek yeterliband genişliği sağlanmıştır. Anten ölçümlerinde, dalga kılavuzu birleştirmesinde çıkansorunlar sebebi ile sadece 1x16 sistemi ölçülebilmiştir. Faz dizili sistemlerin en büyükeksi tarafı olan iletim hattı kayıplarını en düşük seviyeye getirmek üzere, ışıyanelemanların arkasında hava boşluklu dalga kılavuzu güç bölücüleri her iki kutuplanmaiçin de tasarlanmıştır. İletim hatları çıkışlarında dalga kılavuzunun kısa kenarına dikolacak şekilde mikroşerit hatta çevrim yapısı tasarlanarak almaç devrelerinin girişineuygun iletim hattına dönüştürme işlemi yapılmıştır. Sistemde önemsenen bir diğerhusus da faz kontrol çözünürlüğüdür. Faz kontrol çözünürlüğünü en üst düzeydetutmak üzere analog faz kaydırıcı tasarımı yapılmıştır. Analog faz kaydırıcı devresi arafrekansta, lange bağdaştırcı ve değişken kapasite elemanları kullanılarak yansıtıcı tiptebir faz kaydırıcı olarak tasarlanmıştır. Değişken kapasite elemanları gerilim ile kontroledilmektedir. Gerilim kontrolü 16 bit elemanlarla sağlanmaktadır ve bu sayede fazçözünürlüğü 0.01 derecelere kadar düşürülmüştür. Faz kaydırma işlemi ara frekanstayapıldığı için öncesinde aşağı çevirici çipi kullanılarak çevirme işlemi yapılmaktadır.Çevirici öncesi düşük gürültülü kuvvetlendirici tasarımı benzetim ortamındatamamlanmıştır. Kuvvetlendirici hedefi 20 dB kazanç ve 1 dB gürültü faktörü olarakbelirlenmiştir. Tez sonucunda 1x4 ve 1x16 yama antenler, 16 bit SPI arayüzlü 120derece faz aralığında faz kaydırıcı, 1x4 ve 1x16 güç bölücü dalga kılavuzu yapıları ilemikroşerit-dalgakılavuzu arası kısa kenardan geçiş sağlayan yapılar tasarlanmış veüretilip ölçülerek sonuçları gözlenmiştir. 1x4 sistemde band genişliği kaymaolmaksızın sağlanırken, 1x16 sistemde parazitik yama değişimi sebebi ile olduğudüşünülen yaklaşık 500 MHz bir kayma gözlenmiştir. Bununla birlikte bandgenişliğinin aynı kaldığı gözlenmiştir. Bu ölçüm yapılırken, yama antenler, dalgakılavuzları ve geçiş yapısı beraber şekilde kullanıldığı için üç yapının da istenilendüzeyde çalıştığı belirtilebilir. Aktif kısımda ise faz kaydırcı istenilen incelikte xviiiçözünürlükte tasarlanmıştır. Aktif Ku band düşük gürültülü kuvvetlendirici için üretimve birleştirme aşamaları gelecek çalışma planlarındadır. When conventional reception structures used in satellite communication are examined,reflective antennas and LNB structures placed in the reflector center can be seen. TheLNB receives the vertical and horizontal polarized waves from two separate pins withdouble polarity. As with any communication system, the received signal isdownconverted to the intermidiate frequency with the help of the downconverter afterlow noise preamplifier stage. Then the singal is made meaningful by transmitting tothe decoder device. In satellite systems the antenna direction must always be facingthe satellite. In moving vehicles, this direction accuracy is achieved by means of motorcontrol units. In this thesis, a system design which will decrease the volume coveredby the traditional system and increase the speed of the satellite orientation and at thesame time a more concealable system design has been studied. For this purpose, thephased array antenna receiver system is designed. The system is intended to becompatible with Ku band receiver frequencies between 10.7 GHz and 12.7 GHz. Thegain of the array antenna is expected to be at least 30 dB. The highest gain point isexpected to be as high as 32 dB. Therefore, a 16x16 system is designed so that the unitantennas provide an average gain of 8 dB. To achieve this level of gain, the use ofpatch antennas for a unit antenna is appropriate, but since it would be a wide banddesign, it was necessary to manipulate the patch antenna. Bandwidth of the patchantenna is 5% in normal conditions, but more than 13% band width can be obtainedby aperture feed and parazitic patch method. Due to the ease of application, parasiticpatch method is preferred in this thesis and sufficient bandwidth has been provided.Another consideration of the system is the axial ratio. Due to the both vertical andhorizontal signals are received in same time and bot of them is in same amplitude,vertical-horizontal ports of the patch antennas' shoul be capture just one polaritypurely as possible. Another manipulation is used for this goal. A `corner-star` structuredeveloped and placed into the corner between two feeding point to increase axial ratioof the antenna. Finally, unit antenna design is finalized with specified manipulations.Waveguide design was also challenging. The waveguide used and produced in thiswork is not a standard waveguide. Firstly, it should be placed under the patch antennafeeding point and there is two feeding point in unit antenaa with seperation by 4.55mm. Two wave guide coupling pin should be fit this seperation. To do that, 6 by 12mm rectengular waveguide structure is chosen. Cut-Off frequency off the waveguidewas 10.5 GHz nearly. Unit antenna structure and seperation also brings anotherconsideration to the waveguide. Two unit antenna is placed by 23 mm seperation. Withthese dimensions, feeding point of the path antennas are not in the center of wave uide.This creates phse balance problem in the input of the waveguide combiner. So, twosignal is combined in same amplitude but not in same phase, one of the is little delayedand 1x2 waveguide combiner output is observed as in same phase by using separationpin placed into the middle of the waveguide by an offset. Also, 1x4, 1x8 and 1x16 waveguide structures also balanced in same way. Last part before active circuits is themicrostrip-waveguide transition structure. Normally, it is a basic structure can befound in literature easily if designer have enough area and feeding point is at center oflong edge of the waveguide. However, in this design it is mandotary to feed the systemfrom short edge of the waveguide. After many trials, directly transforming the wavefrom short edge to the microstrip line is not a suitable way. So, it is manipulated thelitearture structures. Thin line on the Rogers4350B dielectric material whichitsdielectric constat is 3.66 in the wave guide is placed at the center of the vertical andhorizontal waveguide offset with 3 mm. By changing line thickness and length anddielectric length inside of the waeguide, a fitting solution is designed. Also, it is criticalparameter that height from deep point of waveguide short end to the dielectric. In theantenna measurements, only 1x16 system could be measured due to problems withintegration wave guide to antenna feed. In order to minimize transmission line losses,which are the biggest negative side of the phase array systems, the air gap waveguidepower splitters behind the radiating elements are also designed for both polarities. Thetransmission line was transformed into the transmission line according to the input ofthe receiver circuits by designing the microstrip line evenly to the short edge of thewaveguide at the outputs of the transmission lines. Another important issue in thesystem is the phase control resolution. An analog phase shifter design has beendesigned to maximize the phase control resolution. The analog phase shifter circuit isdesigned as a phase shift in a reflective type at intermediate frequency using the langecoupler and variable capacity elements. Variable capacity (varactor diodes) elementsare controlled by voltage. The voltage control is provided with 16 bit elements,whereby the phase resolution is reduced to 0.01 degrees. Since the phase shifting isdone at the intermediate frequency, frequency decreasing process is done by using theTFF1018HN downconverter chip. Downconverting process should be thought indetails. System includes 16 downconverter unit and output phase of these units shouldbe nearly same, otherwise alll system considerations will be meaningless. Antennaseperation, phase and amplitude balance in 1x16 waveguide combiner is for that signalreaches to the LNA input in same phase. After that, LNA responses will be nearlysame beacuse LNA's will be in same temperature and humidity etc. However mixershas a random frequency generator actually. The crystal used for mixer can givereference frquency in any phase. So, just one crystal should be use for all 16 mixerdevice. For this purpose, Crystal frequency divider circuit is designed also.Experiments shoew that two mixer can deliver output signal in same phase but when16 device are in use, some variances can be observed. The low noise amplifier designbefore the inverter was completed in the simulation environment. The aimedspecifications of the amplifier is 20 dB gain and 1 dB noise factor. LNA designincludes GaAs FET transistors discretely. To run these transistors, Diodes' Coorps'ZABG4003 driver circuit is used. It is also a commercial product for LNB solutionsand provides 4 biasing output drive. In another paranthesis, frequency selective surfacedevelopment is tried on the bandwidth and axial ratio manipulated patch antenna. Justusing, 3x4 array `Ohm` shaped FSS unit at 18 mm away in vertical axis of parasiticpatch, 1.5 dB directivity and gain increment is provided. It should be stated that thiswork is just done in simulation, there is no real product and measurement. As a resultof the thesis, 1x4 and 1x16 patch antennas, 120-phase phase spacer with 16-bit SPIinterface, 1x4 and 1x16 power divider waveguide structures and microstrip-waveguideshort-edge transition structures were designed and produced and measured. In the 1x4system, the band width was achieved without shift, whereas in the 1x16 system a shiftof about 500 MHz which was thought to be due to parasitic patch change was observed.However, the band width remained the same. When this measurement is performed, itcan be stated that since the patch antennas, waveguides and transition structure areused together, all three structures work at the desired level. In the active part, the phaseshift is designed in the desired fineness resolution. The production and assembly stagesfor the active Ku band low noise amplifier and producing and measuring unit antennawith FSS are in the future work plans. 84

Günümüzde uzay çalışmalarına yoğun ilgi gösterilmektedir. Bu durum haberleşme sistemleri üzerinde yapılan çalışmaların da artmasına neden olmaktadır. Özellikle RF haberleşme alanında yakın uzayda bulunan küp uydular ile ucuz ve etkili haberleşme yapılabilmektedir. Yapılan bu tez çalışmasında İTÜ tarafından tasarlanan ve geliştirilen BeEagleSat ve HAVELSAT küp uyduları ile haberleşme sağlayabilecek yazılım temelli sayısal alıcı tasarlanması hedeflenmiştir. GMSK modülasyonu ile veri iletişimi sağlayan bu küp uydulardan başarılı bir şekilde veri alabilmek için bir çok yazılım geliştirme ortamı ve donanımı arasından RTL-SDR2832U ve MATLAB'in kullanılması kararlaştırılmıştır. Yapılan senaryolarda elde edilen sonuçlara göre başarılı bir şekilde GMSK Modülasyonu tasarlanmıştır. Çalışmanın gerçek zamanlı uydu haberleşmelerinde kullanılabileceği değerlendirilmektedir. Today, there is great interest in space studies. This situation causes an increase in the work done on communication systems. Especially in the field of RF communication, it is possible to make cheap and effective communication with cube satellites in the near space. In this thesis, it was aimed to design a software based digital receiver that can communicate with BeEagleSat and HAVELSAT cube satellites designed and developed by ITU. In order to successfully receive data from these cube satellites that provide data communication with GMSK modulation, it has been decided to use RTL-SDR2832U and MATLAB among many software and hardware. GMSK Modulation has been successfully designed according to the results obtained in the scenario. It is evaluated that the work can be used in real-time satellite communications. 59

Alınan bir sinyalin frekansının ölçülmesi, Electronic Savaş (EW) sistemlerinin ilgilendiği en önemli konulardan biridir. Sinyalin frekansını hakkında önceden bilgi sahibi olmadan vericilerin veya radarların varlığını tespit edilmesini sağlanabilmektedir veya RADAR'ın çalışma alanına göre sınıflandırılmasına ve böylece radarın çalışmasını karıştırmak için askeri hilelerin kullanılmasına yardımcı olmaktadir.Frekans, mikrodalga sinyal parametrelerinin en önemlilerinden biridir. Frekans ölçümü için çeşitli sistemler ve işleme yöntemleri kullanılmaktadır. RF ve mikrodalga frekanslarının anlık ölçümü, elektronik savaşta yaygın olarak yer almaktadır. Çok kısa mikrodalga sinyallerinin hızlı ölçümlerini yaparak geniş bir frekans bandında bilinmeyen sinyaller belirlenir. Ayrıca, sıkışma sinyalleri ve parazitler göndermek amacıyla, düşman ve tehdit sinyallerinin varlığını ve frekansını belirlemek veya RADAR istasyonlarının çalışma frekans bantlarını tespit etmek için de uygulanmaktadır. Dijital Anlık Frekans Ölçümü (DIFM), bu alanda birçok önemli özelliğe sahip olan en önemli alıcılardan biridir. İyi bir hassasiyetle geniş bir bandı kaplar, geniş bir dinamik aralık ve frekans ölçümünde yüksek çözünürlük özelliklerine sahiptir, bu yüzden elektronik savaş sistemlerinde geleneksel bir unsur olarak yer alır.Anlık Frekans Ölçümü alıcıları (IFM), son 50 yılda dünya genelinde deniz, hava ve yer tabanlı Elektronik Destek ölçü sistemlerinde radar ortamlarının geniş bant izlemesi için kullanılmıştır. Bir DIFM alıcısı, frekansını ölçmek için gecikme hatları kullanarak giriş sinyalinin faz farkını karşılaştırmaktadır. Bir sinüzoidal dalga iki yola bölünmüş sayılır, yolların biri diğerine göre sabit bir zaman geciktirir. Sabit zaman gecikmesinden kaynaklanan iki çıkış arasında faz farkı olur ve bu faz farkı frekansa bağlıdır. Bir IFM alıcısında, giriş sinyalinin frekansı, bu faz farkı ölçülerek belirlenir. Faz açısı ölçülür ve gecikme süresi τ bilinmekte olur. Faz ayırıcı genel olarak geciktirme hatları ve güç bölücülerinden oluşan interferometrelerdir, giriş RF / Mikrodalga sinyalinin anlık frekansını tanımlamak için gecikmeli sinyaller orijinal sinyal ile karşılaştırılır.IFM cihazını önemli bileşenleri olan mikrodalga frekans ayırıcı ve bir mikrodalga faz ayırıcı (PD) içermektedir. Faz ayırıcı çalışma prensibi, mikrodalga sinyallerinin vektör toplanmasına dayanır. Şerit hattı kuplör ve dal hattı yönlü kuplör genellikle bu işlemleri hızlıca gerçekleştirmek için kullanılır. En önemli özelliği, milimetre aralığında bile doğru faz ölçümleri yapabilmesidir. İki RF sinyali arasındaki faz farkı dört güç ölçümünden belirlenir. Devre içinde çoğu zamanda aktif bir cihaz yoktur, ayrıca düşük maliyetli ve kompakt boyutlu EW alıcıları için de uygundur.Düşük kayıp, düşük genlik ve faz dengesi açısından yüksek özelliklere sahip geniş bantlı mikrodalga bileşenleri tasarlama, herhangi bir mikrodalga bileşeni için büyük bir problemdir. Bu tezde sorun, Baskılı Devre Kartı PCB teknolojisiyle uyumlu olan mikro şerit teknolojisini kullanarak yüksek balanslı faz ayırıcı ana bileşenleri tasarlamaktır. Ayrıca, elektromanyetik simülasyon kullanarak tüm bileşenleri tasarlamanın yanı sıra, DIFM alıcısında çıkış frekansını etkileyen ana faktörü belirleme ve dengesizliklerin kabul edilebilir değerlerini belirleme de önemlidir.Bu tür alıcıların tasarımındaki ilk adım, IFM alıcılarını incelemek, analiz etmek ve basit imalat, kompakt gerçekleştirme avantajları olan ve geniş bant genişliği üzerinden tasarlanabilen faz ayırıcı yapısını bulmaktır. Daha sonra, IFM alıcısı için RF ön ucu, düşük maliyetli olması ve geleneksel PCB teknolojisini kullanarak kolay entegrasyonu nedeniyle, özellikle önemli olan mikroşerit teknolojisini kullanmayı amaçlamaktadır.Faz ayırıcı DIFM alıcısının en önemli parçası olduğundan, uygun yapısını bulmak için birçok araştırma yapılmıştır. Bu tezde, önerilen bazı faz ayırıcı yapıların bazıları aktif, bazıları pasif durumdadır. Bu tez çalışmasında aktif unsurları kullanmayacağız çünkü düşük karmaşıklık arıyoruz ve aktif unsurların sorunlardan kurturmak istiyoruz. Pasif yapılar için sadece iki farklı eleman içeren ve geniş bantta çalışan kolay bir yapı seçtik.Bu tez çalışmasında, gerçek dünyadaki (pratik bileşenler) mikrodalga devrelerinin, pratik gerçekleştirmenin kusurunu, örneğin faz ve genlik dengesizliklerinin sınırlı miktarda geri dönüş kaybı değerinin etkilerinin incelemesi hedeflenmektedir. Tüm bu faktörler, alıcının çıktısındaki ölçüm çözünürlüğünü etkiler, bu nedenle bu etkileri incelemek ve genel çözünürlüğün belirlenmesinde büyük rol oynayan faz ayırıcı için pratik bir yapı önermek adına birçok pratik kısıtlama eklenmiştir. Düşük maliyeti ve imalat kolaylığı, mikroşerit teknolojisi kullanılarak oluşturulacaktır. Burada frekans çözünürlüğünü, iyileştirilecek en önemli faktör olarak belirlendi, çünkü alınan sinyal ne kadar daha doğru ölçülürse, elektronik karşı önlemlerde o kadar gelişme sağlanacaktır.Tasarımlarımız kompakt ve düşük maliyetli olmayı hedeflemekte olup faz ve genlik dengesizliği olarak kabul edilen dengesizlik aralığını belirleyen simülasyon sonucuna tabi olmaktadır. Bir diğer önemli problem ise önceki mikrodalga bileşenlerini genişbant üzerinden tasarlamak, bizim durumumuzda bir oktav (S bandı), ideal faz ayırıcı bileşenlerini tasarımımızla değiştirmek ve frekans ölçümlerinin toplam hatasını elde etmektir.Bu tezde, tüm S Bandını kapsayacak şekilde bir faz ayırıcı analiz edilmiş ve tasarlanmıştır. Faz ayırıcı için farklı topoloji tartışılmış, analiz edilmiş ve karşılaştırılmış, ayrıca ideal durumda alıcı için matematiksel bir model yapılarak genlik ve faz dengesizliği durumları da belirtilmiştir. Üç dörtlü hibrit kuplör ve bir güç bölücüsünden oluşan bir yapı seçilmiştir. DIFM alıcısı, NI AWR®'den Görsel Sistem simülatörü (VSS) ortamında analiz edilmiş ve alıcının özellikleri hesaplanmıştır.Daha sonra, tüm S bandında ayrımcıların bileşenlerinin tasarımında bazı tasarım gereklilikleri ortaya çıkarılmıştır. Son olarak hem güç bölücülerinde hem de hibrit kuplörlerde genlik ve faz dengesizliğinin yanı sıra gecikme hattındaki kayıplar, güç bölücülerindeki ve yönlü kuplörlerde ölçümlerin çözünürlüğünü etkileyen birçok önemli ve temel alıcı bileşenlerinin etkileri incelenmiştir.Yüksek frekanslı yapı simülatörü (HFSS) yazılımı kullanılarak bir elektromanyetik simülasyon gerçekleştirildi ve bu bileşenler, dörtlü hibrit kuplör ve güç bölücüsünde tasarlandı. İmalattaki birçok teknolojik kısıtlamayı işlem esnasında göz önünde bulunduruldu. Sonuç olarak, tüm S bandında mükemmel faz dengesizliği (90 ° ± 0.5 °) ve genlik dengesizliği (-3 ± 1 dB) ile bir oktavdan daha büyük bir bant genişliğinde çalışan bir karesel hibrit kuplör uygulandı. Ayrıca, 0.2 dB'den daha iyi genlik dengesizliği ve tüm S bandında 0.4° 'den daha iyi faz dengesizliği olan bir güç bölücü dikkate alındı. Frequency is one of the more important microwave signal parameters. Various systems and processing methods are used for frequency measurement. The instantaneous measurement of RF and microwave frequencies is widely used in Electronic Warfare (EW) for the determination of unknown signals over a broad frequency band by perform fast measurements of very short microwave signals.Instantaneous Frequency Measurement (IFM) receivers have been used for wideband monitoring of radar environments in naval, airborne and ground-based Electronic Support Measures (ESM) systems worldwide in the last 50 years. The discriminators are generally interferometers composed of delay lines and power dividers, where delayed signals are compared with the original signal to identify the instantaneous frequency of an input RF/Microwave signal. The important components of an IFM device include a microwave frequency discriminator and a microwave Phase Discriminator (PD). The PD principle of operation is based on vector summing of microwave signals. The coupled line or branch line directional couplers are often used to quickly handle these operations. Its most important feature is the ability to perform accurate phase measurements, even in the millimeter range. Phase difference between two RF signals is determined from four power measurements. The circuit often has no active device also it is suitable for low-cost and compact-size applications in the EW receivers.The first step in the design of such receivers is to study and analyze the IFM receivers and finding out the structure of the phase discriminator which has the advantages of simple fabrication, compact realization and could be designed over broad bandwidth. Then, the RF front-end for IFM receiver aim to use microstrip technology, which is particularly important due to its lower cost and easy integration using conventional PCB technology. In this thesis, a phase discriminator has been analyzed and designed to cover the whole S Band. A structure consisting of three quadrature hybrid couplers and a power divider has been selected. The DIFM receiver has been analyzed in Visual System Simulator (VSS) environment from NI AWR®, and the receiver's specifications has been computed. Then, some design requirements have been found out to helping the design of discriminator's components. over the whole S band, and finally we have been studied effects of many important and essential paramters of receiver components, which affect the resolution of the measurements such as losses in delay line, power dividers and directional couplers, in addition to amplitude and phase imbalance in both power dividers and hybrid couplers. We designed these components, the quadrature hybrid coupler and the power divider, by performing an electromagnetic simulation using High Frequency Structure Simulator (HFSS) software; we also took into account many technological constraints on the fabrication. As a result, a quadrature hybrid coupler operating on a bandwidth larger than one octave has been implemented, with excellent phase imbalance (90°±0.5°) and amplitude imbalance (-3±1 dB) over the whole S band. Also, a power divider has been implemented having amplitude imbalance better than 0.2 dB and phase imbalance better than 0.4° over the whole S band. 127

Bu tez çalışmasında kullanılan radar sistemi ile yakın mesafede (50 metre ve civarı) konumlanmış bir hedefin tespiti yapılmıştır. Hedefin konum ve açı bilgileri elde edilmiştir. Bu bilgilerin elde edilmesi için alıcıda sinyal işleme algoritması yazılmıştır ve algoritma yazımı için MATLAB programından faydalanılmıştır. Bu radar sistemi bir verici ve iki alıcıdan oluşmaktadır. Vericiden iletilmek üzere kulllanılan sinyal, Doğrusal Frekans Modülasyonlu (LFM: Linear Frequency Modulation) Cıvıltı (Chirp) sinyalidir. Doğrusal frekans modülasyonu, sinyalin frekansının zamanla doğrusal artmasını veya azalmasını sağlar. Doğrusal frekans modülasyonu, radarın hedefleri birbirinden ayırt etme yeteneği olan menzil çözünürlüğünü arttırmak için kullanılmaktadır. Çözünürlükteki artış bir darbe sıkıştırma (pulse compression) tekniği ile gerçekleştirilmektedir. Darbe sıkıştırma tekniği kullanıldığında, frekansı doğrusal olarak artan sinyalin belirli bir sıkıştırma oranı ile alıcıda sıkıştırılması sonucu darbe süresi azalır. Uzun bir darbe gönderildiğinde kısa darbenin menzil çözünürlüğü elde edilirken istenen güç seviyesi korunmuş olur.Darbe sıkıştırma tenknikleri analog ve sayısal olmak üzere iki çeşittir. Bu tez çalışmasında analog darbe sıkıştırma tekniği olan Germe İşlemi (stretch processing) kullanılmıştır. Germe İşlemi bir diğer analog sıkıştırma tekniği olan Uyumlu Filtreleme (Matched Filter) tekniğine alternatif bir yöntemdir. Uyumlu Filtreleme dar bantlı sistemler için kullanılmaktadır. Bant genişliği çok yüksek olduğunda Analog-Sayısal Dönüştürücü (ADC: Analog to Digital Converter) limitini aşmaktadır. Germe işlemi bu donanımsal sınırlamaya çözüm olarak kullanılmaktadır. Germe işleminde belirli bir mesafe penceresinde işlem gerçekleşir. Bir referans sinyali (vericiden iletilen sinyalin gecikmiş formu) ile alıcıya gelen sinyalin karıştırılması sonrasında Alçak Geçiren Filtre'den (LPF: Low Pass filter) geçirilir. Bu sayede temel banda (sinyalin vericide modüle edilmeden önceki hali) indirgenen sinyal belirli bir zaman penceresinde Analog-Sayısal Dönüştürücü ile sinyal sayısal hale getirilir. Hızlı Fourier Dönüşümü (FFT: Fast Fourier Transform) uygulandığında farklı frekans noktalarında tepe değerleri elde edilir ve bu farklı frekans noktalarından hedefin konum bilgileri elde edilir. Yakın mesafe radar sisteminde hedefin konum (x,y koordinatı) ve açı bilgisini elde etmek için öncelikle bir eşik değeri (threshold) belirlenir. Bu eşiğin üstünde kalan tüm frekans noktalarına karşılık gelen mesafe değerleri hesaplanır. Alıcıların konumları çemberin merkezi, mesafe değerleri çemberin yarıçapı olarak kabul edilir ve iki alıcı için bu çemberlerin kesişim noktaları hesaplanır. Kesişim noktalarının x ve y koordinatları belirlenerek konum ve açı bilgileri elde edilir. Belirlenen her bir muhtemel hedef konumu için hedefin gerçek konumuna olan dik uzaklıklar hesaplanarak hata elde edilir. Bu hata değeri menzil çözünürlüğü (0.6 metre) değerine yakın elde edilmeye çalışılmıştır. Frekans bölgesinde eşiği geçen noktaların genliklerine göre ağırlıklandırma yapılarak hata düşürülmüştür. Radar sisteminde kullanılan parametrelerin (bant genişliği, darbe süresi, örnek sayısı, örnekleme hızı, sıfır sayısı, eşik değeri, işaret gürültü oranı) değişimi ile sistemin başarım ölçütü olan hatanın optimum değeri elde edilmeye çalışılmıştır. Sistem parametrelerinin optimimum değerleri ile hata 0.6 yakın bir değerde elde edilmiştir. A target located near the radar system (50 meters and near) has been detected with this radar system. Target position and angle information is obtained. In order to obtain this information, a signal processing algorithm is written in the receiver and the MATLAB program is used to write the algorithm.This Radar system consists of a transmitter and two receivers. The signal used for transmission from the transmitter is the Linear Frequency Modulation (LFM) Chirp signal. Linear frequency modulation allows the frequency of the signal to linearly increase or decrease over time. Linear frequency modulation is used to increase range resolution, which is the ability of the radar to distinguish targets from each other. The increase in resolution is achieved by a pulse compression technique. When a pulse compression technique is used, the duration of the resulting pulse is reduced when the frequency is linearly increased and the signal is compressed at the receiver with a certain compression ratio. When a long pulse is sent, the desired power level is preserved while the short pulses have a range resolution.Pulse compression techniques are two types, analog and digital. In this thesis study, stretch processing which is analog pulse compression technique is used. Stretch processing is an alternative to the Matched Filter technique, which is another analog compression technique. Matched filter is used for narrow band systems. When the bandwidth is too high, it exceeds the Analog-to-Digital Converter (ADC) limit. Stretch processing is used as a solution to this hardware limitation. Processing takes place at a certain distance window in the stretching process. After mixing a reference signal (the delayed form of the transmitted signal from the transmitter) with the signal from the receiver, it is passed through a Low Pass Filter (LPF). In this case, the baseband signal (before the signal is modulated in the transmitter) is digitized by the Analog-to-Digital Converter at a reduced time window. When Fast Fourier Transform (FFT) is applied, peak values are obtained at different frequency points and positional information of targets is obtained from these different frequency points. In the near-field radar system, a threshold value is first determined to obtain the target position (x, y) and angle information. The distance values corresponding to all frequency points above this threshold are calculated. The locations of the receivers are assumed to be center of the circle, the distance values are assumed to be the radius of the circle, and the intersection points of these circles are calculated for the two receivers. Position and angle information is obtained by determining the x and y coordinates of intersection points. The error is obtained by calculating the perpendicular distances to the actual position of the target for each possible target position. This error value has been tried to be obtained near the range resolution (0.6 meter). The error is reduced by weighting according to the amplitudes of the crossing points in the frequency domain. It has been tried to obtain the optimum value of the error which is the performance criterion of the system by changing the parameters used in the radar system (bandwidth, pulse duration, sample number, sample rate, zero number, threshold value, signal to noise ratio). The optimum values of the system parameters and the error are close to 0.6. 77

Mobil haberleşmedeki eksponensiyel büyüme, yüksek data hızına olan doyumsuz talebin her geçen gün daha da artmasıyla yıllardır istikrarlı bir şekilde devam etmektedir. Bu bağlamda sinyali birden fazla antenle ileterek daha iyi spektral ve enerji verimliği, sağlamlık ve güvenilirlik sağlamasıyla Large Scale MIMO anten teknolojisi beşinci nesil haberleşme içerisinde kilit bir oyuncu hâline gelmektedir. Bu tez kapsamında ise baz istasyonu tarafında yer alan büyük ölçekli çok girişli çok çıkışlı anten dizilerinin başarım analizi; eleman sayısı, demet dönme açısı, demet genişliği, faz kaydırıcı büyüklüğü, genlik ve birim alan başına düşen kapasite miktarı perspektifleriyle ele alınmıştır. The exponential growth in mobile communication with the ever-increasing insatiable demand for higher data rates continues in a stable manner for years. In this regard, providing better spectral and energy efficiency, large gains, robustness and reliability by transmitting the signal with more than one antenna makes Large Scale MIMO is a key player in the fifth generation communication. In the concept of this thesis, accomplishment analysis of large scale multi - input multi - output antenna arrays located at the base station side was taken into consideration with the perspective of number of elements, beamwidth, the size of the phase shifter, amplitude and the capacity per user. 59

Gelişen teknoloji sayesinde antenler, yüksek frekanslarda daha az kayıplı daha yüksek kazançlı olarak tasarlanıp üretilebilmektedir. Anten test sistemleri düzeneklerinin gereksinimleri de gitgide daha hassas sonuçlar gerektirmektedir.Antenin uzak alanda ışıma modelinin ölçümü, daha gelişmiş antenlerin tasarlanması ve üretilmesinde önemli bir konudur. Anten uzak alan ışıma paterninin ölçümü için kullanılan teknikler doğrudan ve dolaylı ölçüm olarak iki gruba ayrılmaktadır. Doğrudan ölçümler bir yansımasız odada ya da dış ortamda yapılabilmektedir. Doğrudan ölçümde bulunan sonuçlar hiçbir dönüşüm gerektirmeksizin kullanılabilmektedir.Bir antenden yayılan elektromanyetik alanın dağılımı antenden uzaklaştıkça kademeli olarak değişir. Antenin çevresindeki mesafe, temelde yakın alan ve uzak alan bölgeleri olarak iki ana bölgeye ayrılmaktadır. Antenlerin uzak alan testleri bir yansımasız odada ya da dış ortamda, çeşitli ön şartların sağlanması halinde yapılabilmektedir. Doğrudan ölçümler antenin uzak alanında yapılmaktadır.Anten, yansımasız odada doğrudan ölçülmek istenirse ya oda boyutlarının çok büyük ya da anten çapının çok küçük olması gerekmektedir.Anten, dış ortamda doğrudan ölçülmek istenirse, sağlanması gereken gereksinimler bazı zorlukları da beraberinde getirmektedir. Anten dış ortamda ölçüldüğünde çevreden gelecek interferanslar engellenmelidir. Antenin gönderdiği gücün anten etrafındaki objelere çarpıp geri yansıması engellenmelidir. Bu gereksinimin sağlanması için antenin, çapının dört katı büyüklüğünde bir platform üzerinde test edilmesi gerekmektedir. Ayrıca anten testi dış ortamda yapıldığında hava durumuna bağımlılık söz konusudur. Yağmurlu karlı havalarda yansıma ve kırılmalar fazla olacağından güneşli havalar tercih edilmelidir.Tüm bu zorluklardan kaçınmak ve testlerin hassas sonuçlar vermesi istenmesi halinde antenler bir yansımasız odada, yakın alan bölgesinde test edilip, sonuçlar bazı matematiksel dönüşümler kullanılarak uzak alana taşınmalıdır.Bu tez kapsamında antenlerin test gereksinimleri, uzak alan yakın alan bölgeleri açıklanmıştır. Yakın alan bölgesinde yüksek frekanslı antenlerin test edilmesi için gereksinimler tanımlanmıştır. Mekanik ölçüm sistemleri hakkında genel bilgi verilmiş olup, tez kapsamında düzlemsel ölçüm sistemi temel alınmıştır. Test sonuçları girdisi olarak, gerçek bir antenin testinden alınan yakın alan ve uzak alan verisi bulunmamaktadır. Bunun yerine matematiksel formülasyonu kullanılarak kolay ve pratik olarak paterni çizdirilebilecek teorik bir dipol anteni kullanılmıştır. Dipol anteninin paterni yakın alan ve uzak alan için çizdirilmiştir. Yakın alanda çizdirilen dipol anteninin yönlendiriciliği artırılmış, uzak alanda yönlü bir antenin test sonuçlarının transformu verilmiştir. Uzak alanda çizdirilen dipol anteninin paterni ile yakın alan uzak alan transformasyonu sonucu elde edilen patern karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar üzerinden metrik bir hata değeri bulunmuştur.Yakın alanı uzak alana dönüştürürken eşdeğer alan prensibi (Huygens Prensibi) kullanılmıştır. Eşdeğer alan prensibi detaylı olarak tez kapsamında açıklanmıştır. Bu prensibe göre, yakın alanda bir S yüzeyinde ölçülen elektrik ve manyetik alanlar, yüzey akım yoğunluklarına çevrilmişlerdir. S yüzeyinin içinde elektrik ve manyetik alanların sıfır olduğu ve bulunan akım yoğunluklarının birer sanal kaynak olduğu Love teoremi temel alınarak tanımlanmıştır. Bu sanal kaynakların uzak mesafelere yaptıkları ışıma karakteristiğini veren formülasyon detaylı olarak açıklanmıştır. Dönüşüm işlemleri akış şemasında gösterilmiş, Matlab Programında geliştirilmiş kaynak kodu kullanılarak yakın alandan uzak alana dönüştürme işlemi tamamlanmıştır. Bunun sonucunda çıkan teorik değerler detaylı biçimde incelenmiş ve tez sonunda verilmiştir. Thanks to the developing technology, previously unusable frequency bands are beginning to be used practically. The antennas used in these frequencies can be designed and manufactured with less loss and higher gain. Along with that, the requirements of the antenna test system arrangements require increasingly more precise results.The purpose of this work is to find the characteristic of the far field using the electric and magnetic current densities that occur in the near field of an antenna.The measurement of the antenna's far-field radiation pattern is an important issue in the development and production of high frequency antennas. Techniques for measuring the antenna far field radiation pattern can be divided into two groups as direct and indirect measurements.Direct measurements can be made in a anechoic chamber or on the outside. Results from direct measurements can be used directly and do not need any conversion. Direct measurements are made in the far field area of the antenna.Indirect measurements can be made in a anechoic chamber. The antenna under test is tested in near field region and far field charecteristics are calculated using near field measurement results.The distribution of electromagnetic field components emitted from antenna changes as the distance from it increases. The distance in the vicinity of the antenna is divided into two main regions, mainly near field and far field fields. The near-field region is the region where the radiated reactive power density dominates over the active power density. The area where the active power density dominates is called the far field. In other words if the distance between the source and the antenna under test is greater than or equal to the distance boundary area, the phase difference on the spherical wave surface that is incident on the test antenna does not exceed 22.5̊ = π / 8.The far field tests of the antennas can be carried out in a anechoic chamber or outdoor environment, provided various preconditions are met.If the antenna is to be directly measured in anechoic chamber, the room size must be very large or the antenna diameter should be very small.If the antenna is intended to be directly measured in the outdoor environment, the requirements to be met are accompanied by some difficulties. Any future interferences when the antenna is measured outside must be eliminated. The power transmitted by the antenna must be prevented to reflect back by hitting the objects around the antenna. To meet this requirement, the antenna must be tested on a platform that is four times the diameter of the antenna. Furthermore, when the antenna test is carried out in an outdoor environment, results obtained will be dependent on weather conditions. The sunny weather should be preferred because there will be more reflections and breaks in rainy and snowy weather. Also the distance between antenna under test and probe antenna must bee large enough to avoid coupling. This distance must be more than ten times the diameter of the antenna so that there are not coupling between the antenna under test and probe antenna. These conditions make difficult to establish a measurement setup for large diameter antennas.To avoid all these difficulties and to obtain more precise results, the antennas can be tested in a anechoic chamber in the near-field area and the far field results can be calculated using some mathematical transformations from near-field results.Within the scope of this thesis, the test requirements of the antennas and the definitions of near and far fields are given. Requirements for testing high frequency antennas in the near area are defined. General information about near field mechanical measurement systems is given and the details of the planar measurement system used in the thesis are explained. In general there are three types of near field measurement systems. They are: cartesian, cylindrical and spherical systems. These systems have cons and pros over each other. While cartesian systems can be used for measuring high gain antenna measurements they show poor performance in low gain antenna measurements. These systems also show good performance for high frequencies. In terms of the testing time cartesian near field measuring systems is best. Taking in mind all of these peformance results, in this thesis cartesian measuring system was chosen for the near to far field transformation.As an input, no near field or far field data obtained from a real antenna test. Instead, a theoretical infinitally small dipole antenna data is used which can be easily and practically patterned using mathematical formulation as source data. Near field data of the dipole antenna for cartesian coordinate system is calculated from the theoretical formulas and the pattern of the dipole antenna is plotted for the near field. For the use in the cartesian near to far field transformation directivity of the dipole antenna has been increased.The equivalent area principle (Huygens Prince) was used to convert the near field data to the far field pattern. Used equivalent area principle is explained in detail in the thesis. According to this principle, electric and magnetic fields measured on a surface in the near field are converted to surface current densities. It is defined on the basis of Love theorem that electric and magnetic fields within this surface are zero and that the current densities are a virtual source. The formulations that describe radiation of this virtual sources to far-field are described in detail.First of all small dipole is placed in the origin of the cartesian coordinate system. Then electric and magnetic field components of the radiated field calculated on the surface of the theoretical cube. This is the basis of the equivalence are principle. This means that if we calculate all electric and magnetic field components in the all surfaces of the cube it means that we can define far field result of the dipole antenna. Then as a next step near field data will be calculated on the surface situated in Y=10*λ coordinate. Steps for the x and z scanning probes are 0.5*λ. After finding electric and magnetic fields they was transformed to the electric and magnetic surface currents. This procedure was done for all six surfaces.Next step in the transformation is to chose observation point in the space in far field radiation area. This point is chosen in spherical system, then coordinates of the point are transfomed to the cartesian coordinates. Then electric and magnetic vector potantial components are calculated using previously found surface currents. Electric vector potential calculated from electric surface currents and magnetic vector potential calculated from magnetic surface currents accordingly. In this step integration is used for transformation.Conversion from near field to far field is completed by using source code developed in Matlab Program. The resulting theoretical values are examined in detail and given at the end of the thesis. For pattern of the dipole antenna to be directional eights power of the components are taken. As a result high gain result is found in Y plane which is expected due to the nature of the antenna. Also results from Y plane surfaces are much bigger than other surfaces due to the our antenna is directive.For the final result all the excited electric and magnetic field components from all six surfaces are summed up in the observation point. This result is our near to far field transfomation result. To measure performance of the transformation calculated data and the theoritical data calculated at the beginning of the thesis were compared. For comparison L2N metric was used. This norm also called Euclidean Norm. Value of the metric decreases as inputs to the metric is close to each other. L2N data fort his transformation is found to be 0.0018 which can be stated as a good result.During thesis scanning parameters of the surfaces and directivities of the source antenna were changed to investigate the performance of the system under different situations. It is found that this system as stated in the theoritical part gives good performance for the antennas with high directivity. To measure this same procedure described above is performed for low directivity antenna. L2N metric was found in this situation is found to be 0.0040 which in worse. The main reason for this performance decrease is that power radiated from antenna transmits to the sides of the calculation cube. This problem can be solved by using cylindrical mechanical scanning system for near to far field tranformation system.As a result it can be stated that this system works perfect for the high gain antennas and can be used in real life situations. 71

Sıkışık geo orbital kaynaklardan gelen girişimlerin azaltılması açısından daha iyi alım performansı sunmak için yüksek yönlendiricili veya dar demete sahip antenlerin kullanılması uydu haberleşmesinde tercih edilir. Girişim kaynakları genelde yakın uydular, yakın diğer yer istasyonları veya yakındaki mikrodalga kuleleri olabilirler. Sonuç olarak, bu istenmeyen kaynaklardan gelen bozucu girişimleri en az seviyeye indirmek amacı ile yüksek yönlendiricilik, dar demet ve düşük yan lob seviyesi elde etmek için son on yıllar boyunca yüksek sayıda eleman içeren dizi anten çözümleri geliştirilmiştir.Ancak, çok tercih edilen mikroşerit antenlerde, uzun mikro şerit hatların kullanımı, çok sayıda eleman içeren dizilerin tasarımında neredeyse imkansız kılmaktadır. Öte yandan, güç paylaşım devrelerindeki çok sayıda güç ayırıcının kullanılması izolasyon kaybının artmasına, bant genişliğinin sınırlandırılmasına ve boyutun büyümesine neden olmaktadır. Bu nedenle, besleme devresinin iyileştirilmesi, kısaltılmış şerit hatlarına sahip olmak için veya güç bölücülerin sayısını düşürmek için yeni bir çözüme ihtiyaç duyulmaktadır. Seri beslenen ağ sistemi, tüm tasarımlarda ideal bir yöntem olmamasına rağmen, güç ayırıcıların sayısını ve iletim hatlarının uzunluğunu azaltmak için önerilen yöntemlerden biridir. Diğer yöntemler arasında, maliyet etkin olmayan, aynı zamanda dizi anteninin boyutunda genişlemeye yol açan ama besleme ağı kaybını azaltan kılavuzlarının kullanımı da bulunmaktadır. Tabana entegre olmuş dalga kılavuz yaklaşımı, aynı zamanda küçük boyutlara sahipken, kayıpları azaltmada etkili bir yöntem olarak önerilmektedir. Ama, yine de uygun maliyetli bir yöntem değildir.Dar demetli yönlü antenlerin yanı sıra, girişimlerin üstesinden gelmek için sadece yan lob seviyesini optimize eden tekniklerde önerilmiştir. Bazı tasarımlarda yan lob seviyesini azaltmak için, elemanlar arası eşit olmayan aralık kullanımı önerilmektedir. Simetrik dairesel anten dizisi (CCAA) ve eşit aralıklı olmayan küresel diziler de, yan lob seviyesi küçültülmektedir. Optimize edilmiş dizi tanımlamak için ayrı incelemlerde yapılmaktadır. Genetik Algoritmalar (GA) gibi algoritmalarda, yan lob seviyesinin bastırmasına yol açan etkili yöntemler olarak önerilmiştir. Ancak, bu tasarımlardan bazıları yan lob seviyesinde sınırlı bir iyileştirmeye neden olabilmektedirler. Buna ek olarak, bazı yöntemler, istenilen yan lob seviyesini sınırlı sayıda elemanlı diziler için önerilmiştir. Gerçek Kodlamalı Genetik Algoritma (RCGA) kullanan diğer yöntemler ise, standart diziden daha büyük bir dizi boyutuyla sonuçlanmakta ve bu da dezavantaj olarak değerlendirilmektedir. Antenin boyutları da fazla sayıda araştırmaların ve çalışmaların konusu olmuştur. Şekillenmiş mikro şerit yapılı (DMS) veya şekillenmiş toprak yapılı (DGS) yöntemlerin kullanılması önerilmiştir. Ancak, bu tasarımlar verimliliğin düşmesine neden olmaktadır. E-şekilli bir DGS dizi anten, boyutları küçülmüş, ancak optimum verimliliğe sahip olması için önerilmektedir. Buna rağmen yüksek sayıda olan dizilerde arzu edilen bir yöntem olmamaktadır. Diğer tekniklerden bir örnek olarak, uydu uygulamaları için yapay manyetik malzemeler kullanarak minyatür dizi anten çözümleri önerilmektedir. Fakat maliyet açısından etkili bir yöntem değildirler.Sonuç olarak, bu tezin ana amacı, daha pratik ve az maliyetli yüksek yöneltilebilirlik, düşük yan lob seviyesi, etkili besleme ağı ve daha küçük boyutlara sahip olan yeni dizi anten tasarım yöntemlerini belirlemektir. Bir dizinin ışıma karakteristikleri, eleman anteninin ışıma modeline ve dizilim faktörü olarak tanımlanmış olan dizi geometri konfigürasyon, toplam dizinin nispi yer değişimi ve beslenme devresine bağlıdır. Mevcut tasarım tekniklerinin çoğu, eleman antenlerin kabiliyetini ihmal edip dizi faktörünü optimize ederek gerçekleştirilir. Bu tezin 4. bölümünde, özel eleman antenlerinin farklı kombinasyonları kullanılarak dizi tasarımında üç yeni yaklaşım önerilmiştir. Mevcut tasarım yöntemleri ile karşılaştığında, yeni önerilen yöntemler, hem dizi faktörünün hem de eleman faktörünün ikisinide birbirine göre etkin kullanımlarına dayanmaktadır. Sonuç olarak, küçük açıklıklı, az kayıplı besleme veya dar demetli dizi antenleri üç farklı yeni yöntem kullanılarak tasarlanmıştır. Bu nedenle, dalga kılavuzu beslemeli diziler gibi diğer tasarımlarla karşılaştırıldığında, önerilen teknikler, imalat maliyetleri ve tasarım basitliği açısından daha pratik bir sonuç vereceği görülmüştür. Üç farklı önerilen yaklaşım ayrıntılı olarak incelenmiştir. Bütün yaklaşımların doğruluğu teorik hesaplamalara dayanarak teyit edilmiştir. Teorik çalışmaların yanı sıra, Ansoft HFSS simülasyonları kullanılarak birinci yaklaşımın (bölüm 4.1) ve üçüncü yaklaşımın (bölüm 4.3) sonuçları gösterilmiştir. Bununla birlikte, Bölüm 4.2'de sunulan yönteme dayanarak bir anten dizisi üretilmiştir. Tezin 5. bölümünde Binom dizilerinin yönlendiricilik parametresini hesaplamak için bir yeni yöntem gösterilmektedir. Önerilen yöntemlerin bir özeti basitçe açıklanmaktadır. Ku bant uydu teknolojisi, iletişim dünyasında kritik bir rol oynamaktadır. İnternet erişimi ve TV yayıncılığı gibi farklı uygulamalar Ku bant kullanan hizmetlerin örneğidir. Bu tezde önerilen prototip antenler Ku band frekanslarının aşağı bağlantı aralığında kullanılmak üzere doğrusal polarizasyonlu alıcı olarak tasarlanmıştır. Bu araştırmada, Ku band uydu iletişim sistemleri için aşağı bağlantı olarak tahsis edilen 10.7 GHz ila 12.7 GHz (10-18 GHz arasında) aralığı, dikkate alınmıştır. Bu tezin 4.1 bölümünde, istenilen yönelticilik özelliğine sahip olan ama mevcut tasarımlarda kullanılan yöntemle karşılaştırıldığında, daha küçük açıklık ile dizili anten tasarlamak için yeni bir yöntem önerilmiştir. Bu tasarım yaklaşımı, iki elemanlı dizi yapısında etkin bir şekilde gösterilmiştir. İki elemanlı bir dizide eleman aralığını λ'dan λ/2'ye indirgemek geniş bir demet açısına neden olurken, ancak ortaya çıkan demetin yan lobları yoktur. Sonuç olarak, tek dar loblu bir demet elde etmek için, daha dar bir ana lob ve herhangi bir başka yönde muhtemel yan lobları olan bir demete sahip olan özel bir eleman anten kullanılabilir. Ardından, bu yaklaşım, küçük eleman aralığıyla çok sayıda eleman içeren dizileri tasarlamak için geliştirilebilir. Yöntemin doğruluğu, Ansoft HFSS yazılım simülasyonları kullanılarak gösterilip ve incelenmiştir.İkinci yeni yaklaşım (bölüm 4.2), düşük kayıplı bir dizi anten tasarlamak için bir yöntem önermektedir. Aynı demet açısı, geleneksel λ eleman aralığı sınırı ile tasarıma kıyasla eleman sayısının yarısı ile 2λ eleman aralığı kullanılarak elde edilebileceği gösterilmiştir. Sonuç olarak, mikro şerit dizilerindeki eleman sayısının azaltılması, uzun besleme hatları tarafından yapılan kayıpların ve güç bölücülerin izolasyon kaybının azalmasına neden olmaktadır. Ayrıca, daha büyük eleman aralığı kullanılarak komşu elemanlar arasındaki kuplaj etkisi de azalmaktadır. Ancak, yöntemin yarattığı ek lobları kaldırmak için bir yüksek yönlendiricili eleman anteninin kullanımına ihtiyaç duyulmaktadır. İstenilen yüksek yönlendiricili eleman anten için çözüm önerilerek benzetimi yapılmış ve baskı devre ile elde edilen prototip ölçülerek tasarım ile karşılaştırılmıştır. Ardından, 2λ eleman aralığına sahip olan ve bu yönteme dayanılarak bir prototip dizi anteni simüle edilip ve bastırılmıştır. Yöntemi doğrulamak için prototip antenin ölçülmüş S11 parametresi ve ölçülmüş ışıma karakteristikleri sunulmaktadır.Bölüm 4.2'deki sonuçlar, bir dizinin demet açısının dizinin açıklık uzunluğu tarafından belirlendiğini teyit etmektedir; dizi demet genişiliği daha net bir şekilde dizinin uçlarına doğru yerleştirilen elemanlarla belirlenmektedir. Sonraki sonuçlar, bu ek iç elemanlar, yan lobların kaldırılması için çoğunlukla etkili olduğunu ve demet açısında ihmal edilebilir bir etkiye sahip olduğunu doğrulamaktadır. Bu nedenle, iç elemanların dizinin uçlarına doğru yerleştirilmesi, demet açısı iyileştirmeyi amaçlarken bu yöntem yan lobları deforme olmasına yol açmaktadır. Uydu haberleşmesi uygulamaları gibi bazı durumlarda ana lobun demet açısı yan lob seviyesinden daha fazla etkili bir parametre olması nedeniyle, bu yöntem en istenilen çözümü oluşturan yeni bir yaklaşım yöntemi oluşturacaktır. Sonuç olarak, doğrusal diziyle karşılaştırıldığında kabul edilebilir yan lob seviyesi ile daha dar bir demet açısı elde etmek için bölüm 4.3'te yeni bir doğrusal olmayan dizi tasarımı sunulmuştur.Bu tezin 5. bölümünde, uydu iletişimi uygulamaları için avantajlı olan dizi antenleri üzerinde yapılan 4. çalışma sunulmaktadır. Bununla birlikte, Bölüm 4'teki yöntemler küçük boyutlar, verimlilik ve demet açısı açısından iyi sonuçları teyit etmektedir. Ancak, yüksek yönelticilikli bir antenin girişimi bastırma kalitesi yan lob seviyesi ile tanımlanmaktadır. Bu amaca yönelik en uygun yaklaşım Binom dizisi olduğu için Binom dizilerinin incelenmesi Bölüm 5'te sunulmuştur.Binom dizileri, merkez elemandan kenarlardaki elemanlarına kadar düzgün azalan genlik dağılımına bağlı olarak olumlu şekilde düşük yan lob seviyesini elde edilebileceğini göstermektedir. Diğer avantaj olarak, eleman aralığı λ/2'ye eşit veya daha küçük olan binom dizileri yan loblara sahip değildirler. Ancak, λ/2 aralığı haricinde, eleman aralığında herhangi bir kısıtlama olmaksızın, binom dizileri için dizi faktörü ve yönlendiricilik parametresi için kompakt ifadeler mevcut değildir. Bölüm 5'te, binom dizilerinin dizilim faktörü ve yönlendiricilik parametresi için kompakt ifadeler türetmek için yeni bir yöntem önerilmiştir. Binom dizisinin besleme katsayılarının dayandığı ve dağılmış olduğunu gösteren Pascal üçgeninin özellikleri kompakt ifadeleri elde etmek için kullanılmıştır. Bir N elemanlı binom dizisinin besleme katsayılarının, iki elemanlı binom dizisinin bir (N-2) konvolüsyonu olarak ifade edilebileceği gösterilmiştir. Daha sonra, binom dizisinin tümünün dizi faktörü ve yönlendiricilik parametresi, Fourier dönüşümü özelliklerini kullanarak elde edilmiştir. Antennas with high directivity or narrow beam width are preferred to be used in satellite communications to offer better reception performance in terms of reducing interferences from dense geo orbital sources. Sources of interference mostly are nearby satellites, other nearby earth stations or nearby microwave towers. Consequently, array antennas with high number of elements are developed over the past decades to obtain high directivity, narrow beam width and low side lobe level to minimize interference from these unwanted sources.On the other hand, increasing number of the elements in the design of arrays causes to long microstrip lines in feed network leading to dielectric and ohmic losses. Also, the use of large number of power splitters leads to increasing insertion and isolation losses. The power-splitting network is also limiting the band width and enlarging the size. Therefore, optimization of feed network of large arrays has been investigated extensively. Moreover, miniaturizing the dimensions of antenna used in both satellite or ground station have been subject of developed studies. Consequently, main goal of this thesis is to determine methods for array antenna design with higher directivity, low side lobe level, effective feed network and smaller dimensions.Radiation characteristics of an array depends on the radiation pattern of the element antenna and the geometrical configuration along with relative displacement and excitation of the overall array described by the array factor. Most of the available design techniques are accomplished by optimizing the array factor, neglecting abilities of the element antennas. In Chapter 4 of this thesis, three novel approaches of array design are proposed by using different combinations of special element antennas. In comparison with existing design procedures, the novel proposed methods are based on effective uses of both array factor and element factor with respect to each other. Consequently, array antennas with small aperture, effective feeding or narrow beam width are designed by using three distinct novel methods. Accuracy of all the approaches are confirmed based on theoretical studies and calculations. However, validity of the techniques are also demonstrated with simulations or measurement of prototype antenna(only for section 4.2). All the designs and simulations are accomplished in the range between 10.7GHz and 12.7 GHz which is allocated as satellite downlink for KU band.In section 4.1 of this thesis, a novel method is proposed to design array antenna with desirable directivity but smaller aperture compared to the method used in available designs. The design approach is well-demonstrated in two-element array structure. In an array with two elements, although reducing the element spacing from λ to λ/2 causes to a wide beam, but the resulting beam has no side lobs. Consequently, a special element antenna having a beam with a more narrow main lobe and probable side lobs at any other directions can be used to achieve a beam with single narrow lobe. Then, this approach can be developed to design arrays with large number of elements with small element spacing. Accuracy of the method is demonstrated and studied by using Ansoft HFSS software simulations. The second novel approach (section 4.2) proposes a method to design a low loss array antenna. It is demonstrated that the same beam width can be achieved by using 2λ element spacing with half the number of elements compared to the design with conversional limit of λ element spacing. Consequently, reducing the number of elements in microstrip arrays leads to lowering the loss made by long feed lines and insertion or isolation loss made by the power splitters. Also, using larger element spacing lowers the coupling between adjacent elements. However, the method needs a directive element antenna to cancel additional lobes. An element antenna with a very directive beam is simulated and fabricated. Then, a prototype array antenna is also simulated and fabricated based on the method with 2λ spacing of that element antenna and the measured results are provided to confirm the method. Results of section 4.2 confirms that beam width of an array is determined by aperture length of the array; more clearly by the elements placed towards the ends of the array. Subsequent results confirms that those additional interior elements are mostly effective in cancelling minor lobes, while having negligible effect on the beam width. Therefore, placement of the interior elements towards the ends of the array is aimed to improve the beam width, while this method distorts the side lobes. This is considered as a favorite achievement given that in some cases such as satellite applications the beam width of main lobe is more required than the side lobe level. Consequently, a novel nonlinear array design is presented in section 4.3 to achieve a narrower beam width with acceptable side lobe level compared to linear array. Chapter 5 of this thesis presents the forth study on array antennas advantageous for the satellite communication applications. Although, the methods in Chapter 4 confirm the good results in terms of small dimensions, efficiency and beam width. However, quality of a directive antenna in suppressing the interferences is described by its side lobe level. Regarding that the most favorite approach for this aim is the Binomial array, study of Binomial arrays is presented in Chapter 5.Binomial arrays, favorably show low side lobe level due to smooth amplitude distribution from the center element toward those at the edges. As the other advantage, binomial arrays with the element spacing equal or less than λ/2 have no minor lobes. However, unfortunately, there are no compact expressions for the array factor and directivity for binomial arrays with no restriction in element spacing, except for λ/2 spacing. In chapter 5, a novel procedure is proposed to derive compact expressions for the array factor and directivity of binomial arrays. The properties of Pascal's triangle, upon which the excitation coefficients of the binomial array are based and distributed, are used to obtain the compact expressions. It is demonstrated that the excitation coefficients of an N-element binomial array can be expressed as an (N-2)th convolution of the two-element binomial array. Then, the array factor and directivity of the entire binomial array is obtained using the properties of Fourier transform. 108

Raylı sistemler, yük ve yolcu taşımacılığı anlamında günümüzde de popüler olmakla birlikte trenlerin de yük taşıma kapasiteleri ve bununla birlikte yolculuk hızları da zaman içinde ilerleme göstermektedir. Bu ilerlemeye karşın ray üstündeki taşıtların hareketlerini takip eden sistemlerse aynı ivme ile gelişim göstermediğinden günümüzde kullanılan tren takip sistemleri ray üstündeki bir taşıtın tam olarak konumunu verememekte ve bununla birlikte trenler de birbirlerinin konumunu bilememektedir.Raylı sistem taşımacılığında taşıtlar belirli bir ray hattı üstünde hareket etseler bile farklı bir ray devresine geçecekleri zaman ray makasları öncesinde, trendeki makinistin ışıklı ya da elektro-mekanik sinyallere göre merkezden yönlendirilmesi ile trenin hareketi yönetilmektedir. Makinistin herhangi bir sebeple sinyali görememesi ya da sinyali yanlış yorumlaması durumunda çarpışma gibi istenmeyen sonuçların oluşması muhtemeldir.Deniz taşımacılığında da taşıtların olumsuz hava koşulları ya da coğrafi şartlar neticesinde birbirlerini görememeleri durumlarına çözüm olarak kendi konum bilgilerini etraflarındaki gemilere otomatik olarak sürekli anons ettikleri bir sistem kullanılmaktadır. Bu sayede hareket halindeki bir gemi görüş alanı içerisinde olmasa bile etrafındaki diğer gemilerinin konumlarını ve hareket planlarını bilmekte ve kendi hareket planını da buna göre belirleyebilmektedir. Ayrıca belirli dinleme istasyonları ile kıyı emniyeti birimleri de gemileri takip edebilmektedir.Tez çalışması ile raylı sistemler üstündeki taşıtların da konum ve hız gibi bilgilerini, bununla birlikte ray makası, hemzemin geçidi, ışıklı sinyal gibi sabit birimlerin de kendi konum ve durum bilgilerini; denizcilikte kullanılan model referans alınarak anons ettikleri bir model önerilmiştir.Tez kapsamında önerilen modelin başarımını ölçmek içinde bilgisayarlı benzetim hazırlanarak gerçek yaşantıda karşılaşılması çok zor olan ortamlarda, önerilen modelin nasıl çalıştığı gözlemlenmiş ve modelin en olağan dışı ortamlarda bile verimli çalışabileceği görülmüştür.Önerilen model içerisine, trenlerde, istasyonlarda ya da ray elemanlarında olabilecek normal dışı durumlara karşı, diğer trenlerin haberdar olabilmesi ve buna göre acil durum ekiplerinin müdahale edebilmesi amacı ile düzenlemeler de dahil edilmiştir.Önerilen model ile belirli bir ray hattında klasik sistemler ile güvenlik sebebi ile sadece tek bir tren hareket ettirilebilirken artık trenin anlık konum bilgisine ulaşılabildiği için birden fazla trenin çalıştırılması mümkün olabilmektedir. Ayrıca önerilen model içerisinde ki acil durum mesajlarıyla yapılacak kurtarma müdahalelerinin daha verimli olması da sağlanmaktadır. Railway transportations popularity has been increasing since the early days. Carrying large amounts of load on railway is still an efficient method of transportation. Moreover, railway transportation is much more plannable according to highway transportation. And it is also a safer transportation because of using a certain path of railway. For all of these reasons using railway transportation is a good choice where geographic conditions allow to lay rails.Railway construction is not increased as railway transportation needs. As a result of this, old railway lines should be used in an efficient manner with safety in mind. Kilometers of single rail line must be used in both directions and there is no fault tolerence here. In order to solve this problem a system named interlocking, which is an arangement of signalling system that prevents conflicting movements through on a rail road or crossings. All the trains on a specific path are considered while building an interlocking plan thus, it is scheduled that which train will wait the other and where to wait and when to wait or go.Train is guided by light signals or elector-mechanical signals by the central office according to interlocking table. Signalling equipments determine when the train engineer will stop or move the train. However, train engineer moves the train by assuming the rail scissors are positioned correct by the central office and does not even know whether the rail scissors are at the correct position or not. On the central office side they don't know the trains exact position. A trains position only be known while it is passing on axle counters or track circuits.The logic behind train circuits is calculating the voltage difference between two rail line. Voltage is appliad to one rail line and when the train moves on that line it shortcircuits the other line. Receving the voltage on the other line means that there is a train on that prat of the track. Another method of track circuit is receiving the audio frequency signal given from one end of the rail which is based on the frequency shift of the signal at the other end. Ray circuits, said at least one train on the track but can not give an exact knowledge of the location information on the track.The axle counters are special electronic circuits which are counting train axles passing over the switch circuits. In case of entering train axles and exiting train axles are equal, the central office assumes that train had left the field and the track is available for new trains. The important part of axle counters are how many bits are used for counters. For example if a train which has 256 axles passes over an 8 bit coded axle counter means no train passed over it and the circuit is empty which is an dangerous case. On the other hand axle counters doesn't give the speed information of trains.While operating high-speed train traditional axle counters and ray circuits and visual signalling systems are useless. For this reason a wireless communication technology which is based on GSM and named GSM-R has developed. GSM-R technology is used for voice transmission and also data transmission between central office and the train engineer but it has a severe capacity problem. When the number of trains increases the transmission could be delayed or blocked and this can be result dangerous situations becasue of high speed. Moreover, there is no protocol definition for transmitting position data of train. For this reason central office still does not know the exact location of train.Despite the nowadays improved technology central offices still doesn't know the exact position or speed of railway vehicles or state of ray circuits and signalling lights. Moreover train engineers has no knowledge of the railway state or other trains location information which is not in engineers field of view. If a train has an emergency condition on railroad, central offices has no information of this situation and also other trains has no knowledge of the emergencey case. For this reason we couldn't send more than one train to a signle railway because of the security considerations. On the other hand, a train engineer obeys only the light signals and there is no other support systems. If the signal or circuit has broken the engineer has no chance to realize this. Moreover if some emergency situation happened to a train there is no fast and reliable way to know the exact speed or position of it and this increases the intervention time to train.Watercrafts may not see each other because of adverse weather conditions or geographical conditions and this can also result unwanted accidents same as railway transportation. For this reason, all vessels are equipped with a device that broadcasts the navigational data continuously, so a ship could know the vessels around itself without the need of its crews visual view. Moreover, centers offices can also know positions of vessels by receiving stations which are positioned at coastline. This system is called AIS (Automatic Identification System) whose technical specification is developped by ITU (Internation Telecommunication Union) and protocol messages are managed by IMO (Internation Maritime Organization).In the AIS system all vessels send its navigation information and GNSS position and receiving vessels determines its navigation with received information. All the vessels are free with their movement and AIS system has no direct access to ships navigation system.In order to improve railway tracking and getting exact location or speed information of a train, getting position and state information of a rail switch, grade crossing or light signal, a new model whose design is referenced from AIS system is proposed in this thesis. Signal specifications are kept out of scope and assumed same as in the AIS model. So signal coverage calculations are same with AIS. Protocol definitions, message specifications and broadcast access algorithms are defined in the thesis. While TDMA (Time Division Multiple Access) channel access method is used, time synchronisation is also an important issue so it is also defined in the thesis.After the protocol definitions explained, some key perfomance metrics such as message collisions are studied. Moreover, a computer simulation over GNU Octave was written to measure the performance metrics and it is found that the proposed model works well in extreme conditions like heavy loaded railway traffics or with high speed trains. This happens becasue of self correction methods and special roles for the ground units whihch are defined in the thesis.The proposed system needs cheap hardware and could be used with existing solutions as a support system. While only one train can move a railway in the traditional system, multiple trains can be operated over a railway with the proposed system. The center office can get the realtime position of a vehicle and ground stations. Moreover, rescue operations can be made much more quickly and efficiently in the proposed system, because there is a special definition for emergency messages so head center can know where the emergent case occurs and also what the case is.The proposed system has soma parts to improve like security. Neither AIS nor the proposed system has an security definition and all signal sources are assumed legitimate. However an unwanted train signal could be broadcast as a malicious activity. This may have no harmfull effect in open sea transportation but this may result much more dangerous situations in railway transportation. 71

Uzay yarışının başlamasıyla birlikte insan yapımı uydular üzerinde yapılan çalışmalar, gelişen teknolojinin bütün imkanlarından faydalanarak daha da artan bir hızla devam etmektedir. Disiplinler arası çalışmanın en güzel örneklerinden birisi olan uydularda, haberleşme sistemleri önemli bir yere sahiptir. Uydulardan veri alınması, bir uydunun çalışmaya devam ettiğinin en önemli kanıtıdır. Uyduların dünya ile tek bağının telsiz iletişim sistemi olması, uydu haberleşme sistemini uydunun en önemli elemanlarından birisi yapmaktadır.Günümüzde uydu teknolojileriyle ilgili çalışmalar küçük uydular sayesinde daha küçük bütçeler ile yapılabilir hale gelmiştir. Küçük uyduların düşük fırlatma maliyeti ve kısa sürede tasarlanabiliyor oluşu, küçük uyduların üniversitelerde tasarlanabilir seviyeye gelmesini sağlamıştır. Gelişen elektronik, makina ve malzeme bilimleri sayesinde küçük uyduların yetenekleri de artmış, bu sayede uzayla ilgili birçok bilimsel çalışma da küçük uydular ile yapılabilir hale gelmiştir. Bilimsel araştırmalara ek olarak firmaların tasarladığı cihazlar da düşük maliyetlerinden dolayı küçük uydular ile denenmeye başlamıştır.Küçük uydular maliyet, tasarım ve fırlatmada kolaylık sağlasa da iki önemli sorunu da beraberinde getirmektedir: Yüksek hızda hareket etmeleri sonucu dar bir iletişim penceresine sahip olmaları ve kısıtlı yüzey alanı sebebiyle enerji üretiminin de sınırlı olması.Küçük uydular, alçak yörünge olarak adlandırılan 400-2000 km aralığında yörüngeye oturtulmaktadır. Dünyaya yakın şekilde konumlandırıldıkları için dünya etrafında dönüş hızları da çok yüksek olmaktadır. Dünyaya olan uzaklığına bağlı olarak yaklaşık 7,5 km/saniye hızlarla hareket eden küçük uyduların ufuktan görünmeye başlamasıyla birlikte uydudan veri alınmaya başlanmaktadır. Ancak çok hızlı hareket etmelerinden dolayı veri aktarım süresi kısa olmaktadır. Birkaç dakikalık bu süre içerisinde iletişim hızından dolayı iletilmesi gereken verinin tamamını aktarmak mümkün olamayabilmektedir. Dar iletişim penceresi sebebiyle daha kısa sürede daha yüksek hızda veri gönderilmesi ihtiyacı doğmaktadır.Yüksek veri hızlarına erişebilmenin bir yolu bant genişliğinin arttırılmasıdır. Artan bant genişliği, daha yüksek frekanslı bir taşıyıcı işaret kullanımı ihtiyacını beraberinde getirmektedir. İletişim hızını arttırmanın bir diğer yolu da modülasyon türünü değiştirerek daha fazla sembol iletimi sağlayacak yapıların tercih edilmesidir. Ancak modülasyonun daha karmaşık hale getirilmesi elektronik devrelerin de buna uygun tasarlanmasını zorunlu hale getirmektedir. Özellikle çıkışta bulunun yüksek güçlü kuvvetlendiricilerin doğrusal olması gibi önemli ihtiyaçlar, tasarımcı açısından önemli kısıtlar getirmektedir.Küçük uyduların hacmi küçük olduğu için uydunun yüzey alanı da küçük olmaktadır. Bu nedenle uyduya yerleştirilebilecek güneş paneli sayısı da sınırlanmakta, daha az enerji üretimine sebep olmaktadır. Bu kısıt da daha verimli ve daha küçük boyutlu devreleri tercih edilir hale getirmektedir.Bu tez çalışmasında, küçük uydularda kullanılabilecek X bantta çalışan bir yüksek güçlü kuvvetlendirici tasarımı sunulmuştur. Tasarlanan kuvvetlendiricinin veriminin yüksek olmasına, boyutunun küçük olmasına ve uzay ortamına dayanıklı malzemelerden üretilmesine özellikle odaklanılmıştır.Yüksek güçlü ve yüksek frekanslı kuvvetlendiriciler HEMT yapılı devre elemanlarıyla gerçeklenebilir durumdadır. GaN SiC-HEMT aktif elemanı diğer RF güç transistörlerine göre daha yüksek sıcaklıkta çalışabilmektedir. Ek olarak daha yüksek gerilimde çalışabildiği için daha yüksek güç sağlayabilmektedir ve empedansı da yüksek olduğu için tasarım açısından kolaylık sağlamasından dolayı bu tez çalışmasında tercih edilmiştir. SiC üzerine yapılan GaN alan etkili transistörlerin bu üstünlükleri, GaN transistörleri uzay uygulamalarında da daha çok tercih edilir hale gelmesini sağlamıştır.Harmoniklerin uygun sonlandırımıyla güç kuvvetlendiricilerinde verimin arttırılabildiği bilinen bir gerçektir. Bu tez çalışmasında, AB sınıfı kutuplama sayesinde yüksek kazanç sağlaması, gerilim/akım şekillendirme tekniği sayesinde daha yüksek çıkış gücü sağlaması ve devre karmaşıklığının az oluşundan dolayı F sınıfı kuvvetlendirici yapısı tercih edilmiştir. Yapılan analiz ve benzetimlerde ilk 3 harmoniğin uygun sonlandırılmasının devreden beklenilen verimi sağlayacağı görülmüştür. Çıkış katında 2. harmonik kısa devre, 3. harmonik de açık devre olarak sonlandırılmıştır. Giriş katında ise 2. ve 3. harmonikler kısa devre olarak sonlandırılmıştır.Devre tasarımında olabildiğince az sayıda ayrık devre elemanı kullanılmasına dikkat edilmiştir. Bu sayede devre elemanlarından kaynaklı sapmaların azaltılması hedeflenmiştir. Devrede uzay şartlarına dayanıklı SMA dişi tip konnektörler kullanılmıştır.Tasarım ilk olarak transistörün doğrusal olmayan modelinin kullanılan bilgisayar destekli yazılım aracına uygun şekilde yüklenmesi ile başlamıştır. Yüklenen transistör modelinin uygun şekilde çalıştığı doğrulandıktan sonra tasarıma başlanmıştır. Tasarımın ilk aşamasında giriş ve çıkış katındaki harmonik sonlandırıcı devreler tasarlanmıştır. Daha sonra yükle-çek (load-pull) analizi yapılarak giriş ve çıkış empedansı belirlenmiştir. Bu empedans değerlerini sağlayacak empedans uydurucu devrelerin de tasarlanmasıyla devre tasarımı tamamlanmıştır. Devrede ağırlıklı olarak mikroşerit devre elemanı kullanıldığı için ve devre boyutu da küçük olduğu için mikroşerit hatların birbirleriyle olan etkileşimlerini ve süreksizlik etkilerini daha doğru analiz edebilmek için elektromanyetik benzetimler de yapılmıştır. Devrede gerekli düzeltmeler ve ince ayarlar yapılarak devrenin istenilen elektriksel özellikleri sağlamasının ardından devrenin üretim aşamasına gelinmiştir. Serimi hazırlanan devrede taban üzerindeki bakır hatlar altın ile kaplanmıştır. Giriş ve çıkış katı olarak 2 ayrı parça halinde üretim yapılmıştır. Giriş ve çıkış devre kartları, kullanılan taban esnek olduğu için fiziksel şekil bozulmasını önlemek için pirinçten yapılmış taşıyıcı panellere sabitlenmiştir. Bu taşıyıcı metaller ve transistör de pirinçten yapılmış ekranlama işlevi görecek olan bir metal kutuya yerleştirilmiştir.Montaj işlemlerinin tamamlanmasının ardından ilk olarak kararlılıkla ilgili analizler yapılmıştır. Farklı kutuplama değerleri altında osilasyon olup olmadığı incelenmiştir. Akım-gerilim eğrileri çıkartılarak transistörün doğru akım altındaki davranışı incelenmiştir. Devrede kararlılık ve doğru akım açısından bir sorun olmadığı görüldükten sonra devrenin küçük işaret altındaki davranışı incelenmiştir. Kazanç ve yansıma değerleri incelenmiş, benzetimler ile karşılaştırılmıştır. Benzetimler ile büyük fark olmadığı görüldükten sonra güç kazancı, çıkış gücü ve verim ölçümüne geçilmiştir. Devre üzerinde yapılan ince ayardan sonra ölçülen en yüksek güç eklenmiş verim (PAE) 8.1GHz'de 27dBm giriş gücü ile % 52.1 olmuştur. Aynı frekans ve giriş gücünde çıkış gücü 36.6dBm (~4.5W) olarak ölçülmüştür. %50 ve üzeri verim için bant genişliği yaklaşık 300MHz'dir (7.9-8.2 MHz) ve kazanç da 9-10 dB arasındadır. Kuvvetlendirici 37dBm (5W) çıkış gücü sağlayabilmektedir.Güç kuvvetlendiricileri doğrusal olmayan bölgede çalıştırıldıkları için giriş işareti ile çıkış işareti arasındaki genlik ve faz değerinin değişimi düzenli olmamaktadır. Bu durum kuvvetlendiricinin doğrusallığını bozmaktadır. Doğrusallığı bozulan bir kuvvetlendirici de kuvvetlendirdiği işaretin yapısını bozacağı için modülasyonu da etkilemektedir. Bu nedenle bu değişimin ve doğrusallıktaki bozulmanın incelenerek haberleşme sistemin modülatör kısmının buna göre tasarlanması önemli bir ihtiyaçtır.Tez çalışmasında F sınıfı kuvvetlendirici tasarımına ek olarak güç transistörlerinde faz ve genlik duyarlığı da incelenmiştir. Tek değişkenli, 1. dereceden duyarlık analizi ile inceleme yapılmıştır. Yapılan analiz ile bir güç transistöründeki baskın parazitik elemanların devrenin faz ve genlik cevabına etkisinin ağırlıkları belirlenmiştir. Sayısal analizlerde ticari bir GaN SiC-HEMT transistörün üretici firma tarafından sağlanan teknik bilgileri kullanılmıştır. Elde edilen sayısal verilere göre çıkış direnci faz duyarlığı üzerindeki en baskın elemandır. Genlik duyarlığında da gm değerinden sonra en baskın eleman yine çıkış direnci olarak belirlenmiştir. Elde edilen ifadeler genel olup farklı bir alan etkili transistör için de benzer hesaplamalar yapılabilir. Space race is also a race about the technological development. Artificial satellite technology and research is one of the main branches at this race, which uses all facilities of the technological developments on materials, mechanics and especially electronics. Satellite communication is one of the most important topics for satellite technology. If a satellite has active communication link, it means the satellite is functioning even if some subsystems are not available at the satellite. Wireless communication system of the satellite provides data from sensors to ground station and receives commands from ground station.Nowadays, small satellites become more popular because of their low cost and short design period. Development of material, mechanical and electrical technologies makes small satellites more efficient and capable. Especially, low launch and deployment costs of small satellites make them suitable research tools for universities. A lot of scientific researches can be handled with small satellites in the universities. Additionally, these days many companies prefer to use small satellites to test their products under space conditions to get space heritage.Although small satellites have advantages in terms of cost and time, there are two important restrictions for small satellite systems: Short communication window limits the amount of data transfer, and small surface area of the satellite limits the received energy from solar panels.Small satellites are located on low earth orbit (LEO) which means 400-2000km altitude. Therefore, their speed is very high (~7.5km/second) around the Earth. Generally, ground stations can receive data above a few degree from the horizon. However, high orbital speed causes decreased communication window. Ground stations usually have a few minutes for communication. Short communication time may not be enough for large data packages with low data rate communication systems. Therefore, ground station has to wait for another suitable pass.Small satellites require high data rate communication systems to receive data such as high-resolution images, high accuracy position sensor data etc. Wide bandwidth systems with high carrier frequency are necessary to transfer large data. To increase data rate without expanding the bandwidth is to use a complex modulation such as QAM. Generally, combination of wideband signal and complex modulation is more efficient to increase data rate. On the other hand, small satellites have small surface area. Therefore, the number of the solar panel that can be placed is limited. Power generation capability of the solar panels determine the power budget of the satellite. This constraint forces designers to make high efficiency devices. In this thesis, a high efficiency and high power amplifier at X band is proposed. Designed amplifier is suitable for a small satellite transmitter. Amplifier has SMA female connectors. A commercially available GaN on SiC HEMT was used for the amplifier. GaN on SiC HEMTs have important advantages such as wider bandgap voltage, higher thermal conductivity, higher power capability, higher impedance and higher breakdown voltage than GaAs devices. These advantages also makes GaN devices very suitable for satellite applications.Efficiency of a high power amplifier can be increased by harmonics' appropriate terminations. Class F was preferred for the proposed X band amplifier. At the output, 2nd harmonic component was terminated as short circuit and 3rd harmonic component was terminated as open circuit. At the input, both 2nd and 3rd harmonic components are shorted.Proposed amplifier was completed in three steps: Nonlinear transistor model import and its verification, computer aided design, assembly and tests.After the decision of the RF power transistor, its nonlinear model was provided from the manufacturer company. Model was imported to computer aided design tool. Then imported model's small signal and DC analysis were obtained to compare with measured data of the transistor for the verification of imported model.After successful import of the nonlinear model, designing on an electronics design automation tool for Class-F amplifier started. First of all, harmonics' terminations were prepared for the input and output stages. Microstrip lines were preferred instead of discrete components at the termination stages. Because, behavior of discrete components may not be suitable at the high frequency region. DC bypass capacitors before connectors, coupling capacitors onto the bias lines and a parallel resistor-capacitor couple for the stability were inserted to the structure. A basic optimization was run to satisfy proper harmonics terminations for the Class F amplifier after the essential discrete components were added. To determine the impedance for the main signal, source and load pull analysis were carried out for the best PAE. After determination of the input and output impedances for the best efficiency, double stub tuning was preferred for the matching. Final design with microstrip lines and some additional discrete components was simulated on the EDA tool. After simulation, all microstrip lines and via holes were considered under electromagnetic simulation to determine coupling and radiation effects of the microstrip lines. In this part, a basic optimization was also run. After verification of the final optimization, layout of the circuit was prepared for the printed circuit board fabrication.Circuit was divided into two parts. Input and output printed circuit boards were fabricated separately. Golden plating was preferred for the surface finish. Brass plate was used as the carrier for the PCBs. Metal case was also made by brass. After the assembly of the circuit, it was tested to observe stability of the amplifier. At the next step, small signal performance was measured and compared with the simulation data. At the small signal measurements, a small difference was observed at the gain. EDA tool was used to understand and solve the problem. After a basic tuning at the output stage impedance matching circuit, measured small signal gain became similar to simulation result. Then; efficiency, high power gain and output power were measured at the several input frequencies.Final circuit has 52.1 % peak efficiency with 27 dBm input power at the 8.1 GHz. Output power is 36.6 dBm (~4.5W). Designed amplifier has more than 50% efficiency between 7.9 GHz and 8.2 GHz. Amplifier is able to satisfy 5W output power capability.High power amplifiers operate at the saturation region to obtain high efficiency. This situation causes nonlinear distortions on the phase and amplitude of the signal.Additionally, in this thesis, first order single parameter phase and amplitude sensitivity analysis of a RF power FET was derived. At the beginning of the study, equivalent circuit for a power FET was determined. Most dominant components were used at the equivalent circuit of a power FET. Source and load resistors were added for the circuit analysis. Circuit function of the equivalent circuit was derived to find for the sensitivity analysis. Obtained circuit function was verified at the EDA tools NI AWR and PSpice. After verification of the derived equations, a commercial GaN on SiC HEMT's model data was used to find weights of the transistor's intrinsic parameters. According the numerical analysis, output resistor and output capacitor are the most dominant components on phase sensitivity respectively. gm value and output capacitor are dominant components on the amplitude function sensitivity respectively. 131

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2015, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Instıtute of Science and Technology, 2015, Bu tezde, kablosuz haberleşme, uydu haberleşmesi, mobil iletişim, RADAR uygulamaları ve yeni nesil haberleşme sistemleri için genel amaçlı, programlanabilir, yazılım tabanlı anten (YTA) sistemi önerilmektedir. YTA siteminin bileşenleri, resiprok ve yönsüz antenler, alçaltıcı veya yükseltici RF elemanları, sayısallaştırıcı ve yazılım ile kontrol edilebilir demet katsayıları üreten ve işaretleri biçimlendiren GPU'dan oluşur. Bu tezde, anten elemanları, RF bloğu ve sayısallaştırıcı birimlerinin ideal olduğu kabul edilmiş ve bu bileşenlerin üzerinde herhangi bir çalışma yapılmamıştır. Tez kapsamında sunulan YTA sisteminin yazılım modülü, GPU donanımı üzerinde koşmakta ve CPU'lu YTA sistemi ile karşılaştırmalı olarak değerlendirilmektedir. Simülasyonlar ise MATLAB ile üretilen temel bant sentetik işaretler yardımıyla yapılmaktadır. YTA sistemi, ayrık demet biçimlendirme metodunun farklı katsayı dizileri ile çok defa kombine edilmesiyle tasarlanmıştır. Kombinasyon tamamen yazılımsal olarak yapılmaktadır. YTA’nın programlanabilir olma özelliği, uyarlamalı ve akıllı algoritmaları gerçeklemeye imkan verdiği gibi esnek ve başarılı sistemlerin inşa edilmesine de olanak sağlamaktadır. YTA sistemi, aynı anda birden çok ışıma yönüne kanalize olabilme özelliği ile bütün kanalların verilerini gerçek zamanlı işleme yeteneğine sahiptir. YTA’nın işlem yükünün ve gerçek-zamanda çalışma zorunluluğu olan uygulamaların gereksinimlerinin karşılanması için GPU ve CPU kullanan çözümler bu tezde incelenmektedir. CPU için seri bir YTA algoritması, GPU için ise paralelleştirilmiş YTA algoritması tasarlanmıştır. YTA algoritmasının GPU üzerindeki işlem süresi hesaplanırken üç farklı süre tanımlanmıştır. Birincisi CPU tarafından verilerin GPU'ya yüklenme süresi (tu), ikincisi GPU'nun verileri işleme süresi (te), üçüncüsü ise GPU tarafından işlenen verilerin CPU'ya geri gönderilme süresidir (td). Toplam süre, seri olarak yapılan veri yükleme, veri işleme ve veri indirme sürelerinin toplamı olarak tanımlanmaktadır. CPU için ise toplam süre sadece veri işleme süresini içermektedir. GPU üzerindeki YTA algoritması, hızlı veri işlemesine rağmen verileri yükleme ve verileri geri indirme noktasında, yüksek hacimli transferler yapıldığından ve donanımlar arasında iletim bant genişliğinin sınırlamalarından dolayı yavaş kalmıştır. Buna rağmen, simülasyon sonuçları toplam sürenin çoğunlukla gerçek zaman eşiğinin altında kaldığını göstermektedir. Toplam harcanan sürede iyileştirme yapmak için çözüm olarak asenkron senaryo önerilmiş; fakat bu tez kapsamında asenkron senaryo simüle edilmemiştir. GPU üzerinde koşan algoritma daha hızlı performans gösterdiği ve bu sayede geniş bantlı verileri bile gerçek zaman eşiğinin altında işleyebildiği gözlemlenmiştir. CPU algoritması ise yavaş kalmış ve fazla kaynak harcamasına rağmen verileri gerçek zamanda işleyememiştir. GPU'lar yüksek hacimdeki verilerin hızlı bir şekilde işlenmesine olanak sağlarmaktadır. Veri hacminin büyüklüğü, GPU'da koşan YTA algoritmasının performansını da etkileyen bir unsurdur. Bu nedenle, YTA algoritmasının işleyeceği verinin büyüklüğü bir çerçeve boyutu olarak tanımlanmıştır. Çerçeve boyutunun mertebesi önce kaba bir yaklaşımla belirlenmiş, belirlenen değer yakınında çerçeve boyutunun hassas değişimlere tepkisi ölçülmüştür. GPU algoritmasının performansı, çerçeve boyutunun artması ile bir noktaya kadar artmış sonrasında ise fazlaca değişiklik göstermemiştir. Performansının kötü olduğu çoğu durumda bile verileri gerçek-zamanda işleyebilmiştir. Bu durum GPU ile gerçeklenen YTA sisteminin başka sistemlere entegrasyonun ve adaptasyonun hızlı ve başarılı olacağının göstergesidir. Sonuç olarak; GPU üzerinde koşan YTA algoritmasının CPU üzerinde koşan algoritmaya göre önemli derecede toplam işlem süresini azalttığı gözlemlenmiştir. GPU üzerindeki YTA sisteminin ölçeklenebilir olması nedeniyle, GPU'nun gelişme hızı ve maliyet etkin bir çözüm olması da göz önüne alındığında, yeni nesil haberleşme sistemlerinde ve radar uygulamalarında yaygın bir kullanım alanına sahip olacağı düşünülmektedir., In recent years, digital circuits have become more popular compared to analog circuits since it is possible to implement complex systems with lower cost and effort. Field upgradability, scalability, energy efficiency are the most attractive advantages for signal processing used in digital solutions. However, complex digital systems require more advanced signal processing capability. Beamforming in telecommunication systems had been traditionally implemented using analog systems. Nowadays, beamforming is usually implemented on a variety of platforms including specialized DSP’s, commodity CPU’s, and FPGA’s. Beamforming implementation running on GPU processing is a new trend on this area since the parallel processing capability of GPUs allows implementing advanced beamforming algorithms. A software-defined antenna (SDA) system allows digitally constructed multiple beam responses with different orientation. Construction of these beams is realized on software and provides the flexibility of implementing alternative algorithms, field upgrades, and reduced dependency on hardware. However, digital beamforming comes with the price of high degree of computational complexity. The main contribution of this thesis is to implement an SDA system by leveraging GPUs. In order to demonstrate the performance improvement provided by a parallel algorithm optimized for GPUs, we also implemented multiple beam structure using a serial algorithm for high clock frequency CPUs. SDA is commonly known as smart antenna or adaptive antenna array, because SDA allows implementation of smart algorithms. Smart antenna technology or adaptive antenna array aim towards wireless communication, mobile communication, satellite communication, Electronic Warfare applications with emphasis on RADAR and new generation of communication systems. Smart antenna provides higher dynamic range, multi-path variation, lower interference, increasing capacity and data rate, and smart-jamming. In mobile communication systems, smart antennas have been suggested to solve interference problem between users and increase coverage capacity. Smart antenna have also been suggested for new generation communication systems which require space-time multiplexing access (SDMA), because antenna array have capability to divide space. Another field of smart antenna on satellite communication is directed-beam provide gain for signals between satellite to ground station. Adaptive directed-beam can also be used to follow satellites which display asynchronous behavior to the ground. Moreover, adaptive antenna array provides electronic scanning for RADAR application in civil or military applications. Using antenna array for electronic scanning enables fast and efficient solution. Smart antenna or adaptive antenna array have been improved toward GPUs parallel processing capability. We must emphasize GPUs provide cost-effective solution about SDA. The rapid evolution of GPUs which is originally fueled by gaming enthusiasts, got attention from scientific fields with computational problems because of its high parallel architecture and as a result GPUs are extensively used in computational finance, defense and intelligence, machine learning, manufacturing, media and entertainment, safety and security fields. Today there are GPUs specifically designed for computational problems, leveraging similar architectures with gaming GPUs. In telecommunication field, some algorithms of digital signal processing definitely require parallel structure is derived to GPUs. An example is receiver antenna model of Global Positioning System (GPS) which require to direct 4 satellite at the same time. Its performance depends on directed-beam resolution and reduction of interferences. Researchers from Stanford University implemented and simulated the antenna model shows efficient performance on GPUs[5]. This is good scenario to sign GPUs on SDA's fields. Another example about new generation base station which require dividing space to increase capacity and data rate. Some researches show that SDA system on GPU allows reduced radiation power of base stations. There is a misconception around GPUs as being cheaper alternatives for FPGAs because of their highly parallelized architecture. However, FPGAs are more suited for hard real-time problems with no tolerance to latency or jitter in processing times. They also provide very low level control on hardware behavior which enables design of many core soft processors, GPIO capabilities and standalone operation. GPUs, on the other hand, work as accelerators for CPUs, providing far greater efficiency comparing to CPUs at parallelizable tasks. FPGAs too, can be accelerators for CPUs, however, being both an accelerator and a gaming device, GPUs provide easier programming paradigms and connection interfaces. They also provide cost effectiveness, because of the economies-of-scale. Graphic cards have high computational capacity to compute a scenario. To use this capacity code blocks called “kernel” are initiated by host CPUs. Kernels load data by high speed memory transfers from host to kernel and fetches the results from kernel to host. This cooperation of GPU and CPU is called hybrid programming in the literature. As is seen, time spent on a computation on GPU consists of the duration of data transfer from CPU to GPU (tu), time spent on execution of kernel (te), and duration of data transfer for results from GPU to CPU (td). These three times are the main parameters observed for measuring the performance of a specific algorithm on GPU. In the case of IO bound algorithms with large amount of data to copy from host CPU to GPU, tu and td may be dominant. In order to utilize memory bandwidth of the GPU efficiently, there are asynchronous copy mechanisms, leveraging hardware accelerated DMA transfers while doing computations on the GPU, however in the simulations these mechanisms are not implemented and performance analysis is provided as GPU process only duration (te) and GPU total duration (tu + te + td). GPUs have different memory types, each having differing characteristics. Global memory has high capacity bandwidth and it communicates to host from PCI Express slot. Its performance affects tu and td. There are other global memories which are called constant and texture memory. These memories are read only and they have limited sources. Programmers must pay attention on memory types while developing GPU based algorithms. Another memory type is shared memory which is also called block memory. Any thread in same block can access shared memory. The last memory type is register which is private memory for threads. Registers can only be accessed by their own thread. Registers have the smallest latency among the memory types. There are two mainstream programming languages for GPUs: NVIDIA specific CUDA C (CUDA) and hardware independent OpenCL. Since CUDA lets the developers to have lower level access to GPU resources, CUDA is selected as the primary programming language, in the scope of this thesis. Proposed SDA is derived from a receiver scenario (which could easily be a transceiver one). Basic components of the SDA are a reciprocal and omni-directional antenna array, a down-converter, RF elements, a set of Analog to Digital Converters (ADC) and a software-defined beam-former module. Consisting of the thesis excepts to design and analyze all RF components. Only beam-former module is designed and realized on CPUs and GPUs. It is assumed that there is no reflection, refraction, scattering and noise in free space and SDA components. The antenna array is modeled as linear antennas; however, other antenna models can be introduced as well. Beam responses are calculated using by phase steering coefficients. Finally, synthetic base-band signals were introduced on MATLAB to observe simulation results. In the scope of this thesis, a baseband signal in receiver side and an SDA receiver system are modeled and beam responses are derived from the baseband signal model. Using these models, SDA is directed to a particular angle and a very sharp beam is created. In order to create multiple beams, multiple beam coefficient sets are created. Another parameter affecting the beam created by the SDA is the number of antenna elements. Thesis, elaborates on the effect of these parameter in the following sections. With careful selection of beam coefficients and powerful computation devices like GPUs, an SDA is capable of providing multiple sharp beams using the same set of antennas. Computational complexity of digital beamforming depends on sampling frequency, size of antenna elements and sampling resolution. SDA system has number of created beam size times more computing complexity than unique digital beamforming. It is extracted from analytical equation. To compute response of SDA have two algorithms which are designed as GPU algorithm and CPU algorithm. GPU algorithm have one cycle less than CPU algorithm and the cycle have biggest counter. It shows that GPU algorithm is the good solution of parallel processing. However, every digital circuit has limited sources so we cannot expect to eliminate this cycle duration at simulation result. In this work, two types of simulation introduced to perform CPU and GPU algorithms on their devices. One shows only processing time (te) and the other simulation shows total processing time (tu+te+td) for GPU versus CPU. According to simulation result, GPU perform much more fast respond from CPU. Its details are executed in section 4. GPU based algorithm computes one frame at a time. To improve GPU algorithm performance, frame size must be analyzed to find the optimum frame size. First, coarse frame size is selected by power of 2 (2n) and GPU algorithm is simulated. According to simulation result, increasing frame size performed better response until a point which is deep simulation time, after this point frame size does not affect the performance. Fine frame size is predicted with a second simulation. In this simulation, frame size is changed linearly with one-sample steps. Initial frame size is selected by the best coarse frame length. According to this simulation result didn't show significant changes. Thus, we show relation of frame size and processing time. Flexible frame sizes of the algorithm provides further integration possibilities and comes with trade-offs. Larger frame size provides higher performance (e.g. sharper beam, increased number of beams), higher energy efficiency (e.g. same amount of data, same number of clock cycles, means the same energy required but systems creates better beams) but it introduces latency on the system (e.g. more data required to process and more data is collected within a larger time frame), on the other hand, small frame lengths provide small delays but lower performance, thus lower energy efficiency. In section 6, for the simulation work, software is implemented to work on a Windows based PC. Software has an interface for SDA pattern visualization and required simulation data can be calculated on this interface. Data of antenna array have to fix determined name and format (see figure 6.2). The software processes the calculated data within a small time frame-short enough for real-time- for required duration. Before using this software, every hardware has to check for qualification for example brand name, GPU compute capability and other CUDA properties. As a result; SDA on GPU have significant improvement to reduce total processing time comparing to SDA on CPU. Moreover, the scalable algorithm structure would provide further performance gains with future GPUs, leading to easily upgradable and cost effective solutions. In conclusion, SDA have significant performance on GPU. GPU algorithm processing this antenna is much more faster than CPU algorithm. Moreover, GPUs are provided to implement more complexity algorithm versus CPUs. Evolution of GPUs are expected to get higher performance of scalable algorithms., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2013, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2013, Radar teknolojisi yaygın bir kullanım alanına sahiptir. Tarihsel gelişim sürecine askeri uygulamalarla başlanan radar, daha sonra kendine sivil kullanım alanlarında yer bulmuştur. 1922 ile 2. Dünya Savaşı arası yıllarda büyük bir gelişim gösteren radar, meteoroloji alanında kendine yer bulamamıştır. Amerikan ordusunda görev yapmış olan David Atlas, savaş yılları sırasında radarların yağmur gibi yağış olaylarının alıcıda gürültü olarak ortaya çıktığını farketmiştir. Savaş sırasındaki tecrübesinden çıkan fikir ile savaş sonrası ilk meteoroloji radar uygulaması David Atlas tarafından gerçekleştirilmiştir. Meteoroloji radarları, özellikle bu tezin konusu olan yağmur olayını inceleyen sistemler insan hayatı için büyük fayda sağlamaktadır. Uzun vadede bölgelere ait yağış rejimlerinin istatistiğini belirleyerek, bölgenin tarım, temiz su, enerji planlamalarını gerçekleştirmek ve sel gibi doğal afetlerin önüne geçmek için kullanılabilmektedir. Ayrıca uydu haberleşme sisteminde, ışınım yolunu meteoroloji radarlarını kullanarak yağış sırasında anlık işaret gücünü ayarlayarak uydulardaki enerji tasarrufu sağlanabilmektedir. Meteoroloji radar üzerine benzetimi, çıktı olarak I (in-phase) ve Q (quadrature) verilerini kullanarak çeşitli yağış durumlarında ve radar özelliklerinde meteoroloji radar işareti ve hassasiyetinin nasıl bir davranış gösterdiğini incelemeye imkan sağlamaktadır. Meteoroloji radar uygulamalarında hedeften dönen radar işareti hedefin, ki meteoroloji radarlarında hedef bir hacim içerisinde rastgele dağılmış çok sayıda elemandan oluşmaktadır, yansıtıcılığını, hızını ve hız dağılımını tahmin etmek için kullanılır. Bu değişkenleri belirleyebilmek için literatürde bir çok matematiksel ilişkiler üretilmiştir. Matematiksel denklemleri oluştururken bir çok araştırmacı Dünya?nın farklı bölgelerinde çalışmalar yaparak katsayıları o yerin yağış özelliklerine göre belirlemiştir. Bu ilişkilerden biri yansıtıcılık faktörü ile yağış miktarı arasındadır. Bir çok deneysel, istatistiksel çalışma da hacim içerisindeki yağmur damlalarının yarıçaplarının dağılımını belirleyen matematiksel ilişkiyi çıkarmak için gerçekleştirilmiştir. Yağmur damlasının yarıçap dağılımını kullanarak kesin yağış miktarı, yansıtıcılık faktörü ve damlaların düşüş hızı gibi bilgileri çıkartılabilmektedir. Tezin öncellikli amacı, bir avrupa birliği projesi olan MARG (yüksek çözünürlüklü, düşük bütçeli ve kısa erimli yağış radar sistemi) için ön görü oluşturabilmektir. Bu projede amaç frekans modülasyonlu sürekli dalga işareti kullanarak yağış sırasında geri dönen işaretin gücünü ve dolayısıyla hedefin yansıtma miktarını ölçmektir. Günümüzde meteoroloji radarları genel olarak darbe radarlarıdır. Frekans modülasyonlu sürekli dalga radarlarının en büyük avantajı üretiminin ucuz ve basit olmasıdır çünkü az enerji harcamaktadır. Bu çalışmasında 5.6 GHz operasyon frekansında fmcw kullanarak yağmur olayını inceleyen benzetim ortamı oluşturulmuştur. Benzetim ortamı öncelikle bütün istikamet ve irtifa açılarında tarama olanağı sağlamaktadır. Hesaplama süresini kısaltmak amacıyla yağmur olayının gerçekleşeceği ortam anten ışıma örüntüsünü referans alarak oluşturulmuştur. İstikamet ve irtifa açıları değiştikçe ortam da değişime göre konum almaktadır. Gözlem kübü ve antenin yarı güç ışıma açısını kullanarak oluşturulan ışıma örüntü alanı berlirledikten sonra yağmur damlaları Marshall-Palmer yağmur damlası yarı çapı dağılımı denklemine göre oluşturulmuştur. Doğada küçük boyutta yağmur damlaları (0.35mm ? 1mm) daha fazla bulunurken büyük damlalar (1mm-5mm) daha az bulunmakta ve 5mm ? ~8mm arası çapa sahip olan damlalar ise düşüş sırasında parçalanarak daha küçük damlalar oluşturmaktadırlar. Bu davranışa göre yağmur damlaları oluşturulurken küçük damlaların sayısı fazla tutulmuştur. 0.5mm ile 1mm arası damlalar 0.08 çözünürlük ile 1mm ile 5mm arası damlalar 0.3 çözünürlük ile ve son olarak 5mm ile 8mm arası damlarlar 0.8 çözünürlük ile üretilmiştir. Yağmur damlalarının yarıçaplardaki sayısı exponansiyel bir ifade olan Marshall-Palmer denklemi kullanarak belirlenmiştir. Yağmur damlaları belirlendikten sonra, gözlem kübü içerisinde rastgele yerleştirilmiş ve elde olan kartezyen koordinatları küresel koordinata çevirerek bir matrise kaydedilmiştir. Daha sonra radar kesit alanını (RCS) her yağmur damlası için hesaplanmıştır. Çalışma frekansı ile hedefin boyutları karşılaştırıldığında geri saçılım Rayleigh dağılımı içerisinde kalmakta ve uygun denklem kullanarak RCS değeri hesaplanmış ve koordinat bilgisini içeren matrise kaydedilmiştir. Bir sonraki adımda anten ışıma alanına giren yağmur damlaları belirlenmiş ve bir matriste çap, koordinat ve RCS değerleri kaydedilmiştir. Bu veriler kullanarak I ve Q değerleri hesaplanmış ve I+jQ değerleri bir matrise kaydedilmiştir. Daha sonra algoritma yeniden konumlandırma işlevini kullanarak yerçekimi ve rüzgar etkisiyle oluşan konum değiştirme gerçekleştirilmiş yeniden anten ışıma alanına giren yağmur damlaları belirlenip aynı işlemler tekrarlanmıştır. Modülasyon tipi olarak testere dişi tercih edilmiştir. Testere dişi bir birini izleyen frekans zaman değişimindeki rampalardan oluşmaktadır. Periyodik olarak bir birini izleyen rampa dizileri ise bazı problemler yaratmaktadır. FMCW radar tekniğinde gelen dalga zaman ve frekans değişkeninde ötelenmektedir hedefin hareketine konumuna bağlı olarak. Gelen dalga ötelenmiş bir şekilde gelerek, alınan işaret ile çarpılarak fark frekansı elde edilir. Rampa geçişleri sırasında bir önceki rampanın gönderdiği dalgaların bir kısmı bir sonraki rampa başladıktan sonra radara ulaşmaktadır. Bu durumda ise ilk rampadan çıkanlar karıştırıcıda bir sonraki rampada olan gönderilen işaret ile çarpılmaktadır. Bu durum ise istenmeyen negatif ikinci bir fark frekansı oluşturmaktadır. Bu problemi gidermek için iki çeşit yöntem denenmiştir. Bu çalışmada üç farklı modulasyon tipi kullanılmıştır, bunlardan ikisi ise istenmeyen negatif ikinci fark frekansını elemenmesi için kullanılmıştır. Üçüncü tip modulasyon testere dişidir. Birinci tip modulasyon, rampa başlangıcından sonra gönderilen dalganın en uzak noktadaki hedefe ulaşıp, radar dönmesi arasında geçen süre kadar zaman geçtikten sonra örnek almaya başlanılmasıdır. Bu sayede her hedeften alınan örnek sayısının eşit tutulması ve istenmeyen negatif ikinci fark frekansından kurtulunmasıdır. İkinci tip modulasyonda ise bir sonraki rampa, dalganın en uzak hedefe varıp geri dönmesi kadar geçen süre sonra başlatılmasıdır. Birinci tip modulasyonda periyodik rampalar normal çalışırken sadece örnek alınma zamanları ayarlanmış olup, ikinci tipte ise rampalar arası bekleme süreleri konmuştur. Modulasyon tiplerinin etkilerini gözlemlemek için yakından uzağa olmak üzere aynı hıza sahip dört adet hedef kullanılmıştır. Birinci ve ikinci tip modulasyonlar istenmeyen ikinci fark frekansı problemini gidermiş ve birinci tipte ise 2D FFT genlikler üzerinde de gelişme gözlenmiştir. İşlemin gerçekleştirildiği gözlem alanı ve modulasyon tipi kullanıcı tarafından belirlenebilmektedir. Kullanıcı menzili ve anten yarı güç örüntü açısı dahilinde bir açı belirleyerek gözlem alanı ayarlanır. Kullanıcının belirlediği alana ek olarak bir marjin program tarafından eklenmektedir. Bu marjin yağmur damlalarının anten ışıma alanına girmesi ve çıkması için alan sağlamaktadır. Zaman içerisinde yağmur damlaları belirlenen gözlem küpünde rüzgar ve yer çekimi sebebiyle oluşan hızları ile orantılı olarak konum değiştirmektedirler. Anten ışıma alanına giren yağmur damlalarından geri dönen işaretler ise işlenmektedir. Yapılan çalışmada modülasyon tiplerindeki değişimin etkileri gözlemlenmiştir. Üçüncü tip modülasyonda rampalar arası geçişlerde istenmeyen ikinci fark frekansı oluşmaktadır. Bu ise menzil ? Doppler grafiğinde gürültülere yani yan lobların yüksek değerlerde çıkmasına neden olmaktadır. İkinci ve üçüncü tip modülasyonlarda frekans ? zaman rampasındaki değişiklerle ikinci fark frekansının oluştuğu zamanlar yok edilmiş ve etkileri grafiklerde gözlemlenmiştir. Modülasyon etkilerinin yanı sıra algoritmanın hedefleri ve Doppler hızları kestirimi de incelenmiştir. İlk olarak on adet hedef kullanılarak menzil ölçümü yapılmıştır. Grafik ve tablo üzerinde sonuçlar derlenmiştir. Gerçek konum değerleri ve işaret işleme sürecindeki sonuçlar tabloda karşılaştırılmıştır. Sonuçlarda ise band genişliğine bağlı olan çözünürlük etkisi de görülebilmektedir. Aynı işlem Doppler hızı kestirimi için de gerçekleştirilmiştir. Doppler işlemi sonuçları da tabloda derlenmiş ve karşılaştırmalar yapılmıştır. Rampa sayısına bağlı olan çözünürlük etkisi de sonuçlarda görülebilmektedir. Bir sonraki işlemde bilgisayar kabiliyeti de gözetilerek beş yüz adet hedef kullanılarak bir yağmur olayının grafiklere nasıl yansıdığı menzil ? Doppler grafiği ile gösterilmiştir. Hedef sayısındaki artış sonuçlara gürültü tarzı bir etki oluşturduğu gösterilmiştir., Radar Technologies have wide range of application areas; especially for the defence industry, radar engineering has an essential position, on the other hand there are quite a lot of applications in daily life such as weather estimations and predictions, volcano activities, measurements on sky and oceans etc. Rain radar measurements are used in water management, flood forecasting and energy planning of cities or countries. In this thesis, by developing a digital signal processing algorithm for rain form of precipitation using Frequency Modulated Continues Waves (FMCW) radar, it is aimed to observe precipitation behaviour and calculate returned signal strength of volume target, range and velocity of randomly distributed drops. Additionally, this study is a foresight for MARG - ?Development of a high resolution, low cost, short range precipitation radar system? EU project. In the designed algorithm, firstly target volume is created by considering calculation time and enabling drops to fall in antenna beam resolution volume in time. Using Marshal-Palmer drop size distribution, rain drops were created and located randomly in the volume. Then rain drops which are located in the antenna beam resolution volume were chosen and radar cross section values were calculated considering Rayleigh scattering region. Because, in the MARG project, operating frequency is determined as 5.6 GHz, and when frequency and target?s size are compared, which is ten times smaller than wavelength, target falls into Rayleigh scattering region. Terminal velocity of drops were calculated by Atlas et al.`s equations which give relation drops diameter and terminal velocity. Antenna half power beam degree was decided as 2º but antenna and the other parameters like rain rate can be determined and changed according to radar features. By using position vector of rain drops in the antenna beam resolution and velocity, phases were determined and also by considering RCS, distance, pulse width, frequency and other related parameters, I (phase) and Q (quadrature) component of received signal were calculated. These components can be used to investigate reflectivity, velocity of targets and velocity spread. First and second Fast Fourier Transform (FFT) was implemented for range and velocity information. All processes were carried out using Matlab. Designed algorithm allows scanning all elevation and azimuth. FMCW saw tooth modulation (in 3 types) is used 5.6 GHz central frequency and frequency deviation is ± 1.5 MHz. Algorithm allows that investigation area is defined by user in range, elevation and azimuth and box which has margin for letting drop enters and exits from antenna radiation area in addition to specified area. Three kind of modulation are used in the Thesis. In first type, it is being taken samples on received signal by waiting for a while which is two way travel duration between radar and target at maximum range. In other words, while radar is working, receiver starts to take samples after wave turned back from farthest target. This method helps to take same amount of samples from each drop in the all range interval (Figure 5.1). Modulation type two is eliminates also second beat frequency by waiting for a while, which is two way travel duration between radar and target at maximum range, before ramps starts. When type 2 is compared with type 1, only difference is that waiting for a while before taking samples (meanwhile transmitter process) in type 1 and in type two receiver stops working until last transmitted frequency turns back from farthest target before starting next ramp. Type 3 is unset saw tooth modulation., Yüksek Lisans, M.Sc.

Yapay Açıklıklı Radar (Synthetic Aperture Radar ? SAR) sistemleri, görüntülenmek istenen bir hedef veya bölge üzerine farklı açılardan geniş bandlı ve yüksek frekanslı darbeler gönderip, elde edilen yansımaların sentezlenmesi ile yüksek çözünürlüklü görüntü elde edilmesi için dizayn edilirler. SAR sistemlerinde görüntünün elde edilebilmesi için gönderilen geniş bandlı darbelerin toplanarak çözümlenmesi ve dijital olarak işlenmeye hazır ham verinin elde edilmesi gerekmektedir. Elde edilen ham veri içerisinde genlik ve faz değerleri bulunan iki boyutlu bir matris olarak ifade edilmektedir. ?Iki boyutla ifade edilen ham verinin boyutlarından biri görüntüleme işlemi sırasında radarın hareket doğrultusu olan çapraz-menzil (azimuth) doğrultusunu, diğeri ise platformun hareket doğrultusuna dik olan menzil (range) doğrultusunu temsil etmektedir. Azimuth ve range doğrultularında elde edilen veriler, elde edilecek görüntünün çözünürlüğünün arttırılması hususuna doğrudan etki eden parametrelerdir.SAR görüntüleme sistemlerinde, radar tarafından toplanan ve içerisinde hedefe gönderilip geri alınan işaretlerin genlik ve faz bilgilerini içeren iki boyutlu ham veri dijital olarak işlenerek görüntüye çevrilirler. Bu amaç doğrultusunda geliştirilen SAR görüntüleme algoritmaları SAR sistemi tarafından sunulan ham görüntü verilerini hem range hem de azimuth ekseninde işleyerek sonuç görüntüsünün oluşmasını sağlarlar. SAR görüntüleme algoritmaları Fourier dönüşümleri, bir boyutlu veya iki boyutlu filtreleme operasyonları ve interpolasyon adımlarından oluşmaktadır. Interpolasyon sürecinin uygulanması bilinmeyen bir noktanın tahminine dayalı olduğundan uygulama sonucunda belirli bir oranda hata görülmektedir. Buna göre algoritma içerisinde kullanılan interpolasyonun çeşidine göre radar görüntüsünün kalitesi de değişmektedir. SAR görüntüleme algoritmalarında interpolasyon işlemine ihtiyaç duyulmasının iki temel sebebi bulunmaktadır. Bunlardan birincisi kartezyen olmayan noktalarda elde edilen verilerin, kartezyen noktalar üzerine taşınmasını sağlamaktır. Diğeri ise, azimuth ekseninde yapılacak olan işlemlerin range ekseninde yapılan işlemlere bağımlı olmasından dolayı ayrıştırılamaması ve interpolasyon gibi bir dönüşüm sürecine ihtiyaç duyulmasıdır.Yapılan tez çalışması kapsamında, SAR görüntüleme algoritmalarının uygulanmasından sonra elde edilen görüntünün üzerindeki hata miktarının minimum seviyeye indirilmesi ve doğruluğun arttırılması için algoritma akışında yer alan interpolasyon sürecinin kaldırılarak yerine eş değer bir operasyon olarak düzenlenen Paralel Ayrık Fourier Dönüşümü (Parallel Discrete Fourier Transform ? P-DFT) operasyonunun uygulanması sağlanmıştır. Ayrık Fourier Dönüşümü?nün paralel olarak işletilmesi Grafik?I şlem Birimi (Graphical Processing Unit ? GPU) üzerinde gerçekleştirilmiş ve sonuçların Merkezi ?I şlem Birimi (Central Processing Unit ? CPU) üzerinde yapılan paralelleştirme ile karşılaştırılması sağlanmıştır.Yapılan tez çalışması Range Doppler Algoritması (Range Doppler Algorithm ? RDA) içersinde bulunan menzil hücre göçü üzeltmesi adımı üzerinde ve Bilgisayar Destekli Tomografi (Computer Aided Tomography ? CAT) algoritmasının işletimi sırasında kutupsal koordinat sisteminden kartezyen sisteme dönüşümün sağlandığı adım üzerinde uygulanmıştır. Yapılan test çalışmalarında RDA ve CAT algoritmaları hem interpolasyon hem de P-DFT kullanılarak gerçeklenmiştir. RDA ve CAT algoritmalarının interpolasyon ve P-DFT kullanılarak gerçeklenmesi işlemi de hem CPU hem de GPU üzerinde ayrı ayrı olarak gerçeklenmiştir. Bu işlemler sonrasında paralel olmayan çözüme göre zaman yönünden avantaj sağlamıştır. Bunun yanısıra interpolasyon uygulanmasının sonucunda elde edilen görüntü üzerine etkiyenbozulmalar açıkça görülmektedir. Bu kapsamda P-DFT?nin hem CPU hem de GPU üzerinde işletilmesi paralel interpolasyon uygulaması sonuçlarına göre hem zaman hem de doğruluk yönünden avantaj sağlamıştır. Ayrıca görüntüde bulunan veri sayısının artmasıyla oluşturulan uygulamanın daha hızlı sonuç üretilmesi bağlamında GPU üzerinde P-DFT uygulaması zaman yönünden büyük avantaj sağlamaktadır. Synthetic Aperture Radar (SAR) is a kind of high-resolution radar which can be applied widely in remote sensing and to acquire information about the Earth's surface from radar signals gathered by a moving platform such as an aircraft. In order to produce high-resolution image in a SAR system, obtained signals must be modulated and raw data should be generated which will be used to produce high-resolution image. The obtained raw data is expressed as a two dimensional matrix which keeps the amplitude and phase values of the signal. One of the dimensions of this matrix is azimuth direction which is parallel direction to the radar flight path while scanning the area or object. The other dimension of this matrix is range direction which is perpendicular to azimuth direction. Both azimuth and range direction are the key parameters that directly affect to increase the resolution of the radar image. Besides of this, this raw data includes complex valuedIn the SAR imaging system, the resultant image is acquired by applying digital processing techniques to the SAR raw data. In order to acquire an image, many SAR imaging algorithm are developed by the researchers. These algorithms process the raw data digitally on both azimuth and range direction and produce the resultant data which is interpretable as an image by using special programs. But, because of the complex form of the radar signal and intensive floating-point operations, producing high-resolution requires more computations times.General SAR imaging algorithm includes Fourier transformation, one and two dimensional filtering operations and interpolation step. Almost all interpolation process results with computation errors because of the pointwise convergence. Besides of this, the 2-D complex valued interpolation also needs extra processing because of ambiguous search operation. For this reason, in order to increase the quality of the resultant image we should use an interpolation which produces minimum computation error while processing the data. There are two main reasons that require applying an interpolation process in the SAR imaging algorithm. One of these reasons is mapping the non- Cartesian coordinated point onto Cartesian coordinated point. The data, which are obtained by radar, don't have equal distance according to each other as both linearly and radially. Therefore, Fast Fourier Transform (FFT) operation cannot be applied to the data in order to perform processing quickly. In order to provide applying FFT operation to the data while processing SAR image algorithms, the data must be expressed in Cartesian coordinated system. For this reason, the data which are expressed on non-Cartesian coordinate system must be mapped to the Cartesian coordinate system. The other one is the operations which are realized on the azimuth axis are depends on the operations which are realized on the range axis. Therefore, these operations cannot be separated and requires a transformation process like an interpolation.In order to realize the interpolation process for our system, we use nearest n neighbor and weighted nearest n neighbor interpolation method to regulate the position of the points in the radar image. Nearest n neighbor interpolation process is used to determine desired number of nearest points according to selected reference point in the whole data. To do this, all data should be scanned and corresponding points must be determined. After that, average of the point values must be calculated to update the reference point with this calculation result. Similar process must be performed for all chosen data respectively. In weighted interpolation method, weights of the chosen neighbors are determined according to the distance to the reference point and apply to the data in order to update the reference point value with the result of the multiplication of the neighbor's value and its determined weight value. Therefore, mentioned methods takes very long time. On the other hand, the interpolation operation results with calculation errors because of the pointwise convergence.In this thesis study, in order to minimize the error and increase the accuracy of the resultant image data which is obtained after applying SAR imaging algorithms, we have applied an equivalent operation, which is named Parallel Discrete Fourier Transform (P-DFT), instead of interpolation process. While processing the SAR image algorithm, the Cartesian points places can be calculated analytically and the values on this Cartesian points can be calculated by using Discrete Fourier Transform (DFT) operation. In our work, DFT and Inverse Fast Fourier Transform (IFFT) operation have been applied respectively to get rid of the interpolation process. Actually, Discrete Fourier Transform (DFT) operation is a costly operation and has been applied at the expense of the additional computation cost. Therefore, GPU have been used to parallelize the DFT operation to perform this operation as fast as possible.The main aim in the SAR processing concept is performing all operation as fast as possible. Generally, real time processing of SAR images can be performed on Digital Signal Processor (DSP) and Field Programmable Gate Array (FPGA) systems. Due to difficulties of programming and debugging processes on DSP and FPGA other programming environment options should be considered. For this reason, applications of SAR processing have been performed on the other processing environments such as CPU and GPU platforms. At this point, parallelization of process provides us very big advantage to accelerate the processing of the algorithm. One of novel technique for SAR image processing is using Graphical Processing Unit (GPU) to obtain the high computation rate.GPU is the one of the technology which has widely usage area in processing intensive data. In the GPU computing, CPU and GPU are used together in a heterogeneous co-processing computing model. In general, sequential operations are processed on CPU and parallel processing of data and acceleration are processed on GPU. To develop an application on the GPU several programming language have been produced. In our work, The Compute Unified Device Architecture (CUDA) programming interface produced by NVDIA are used for developing application to perform our proposed algorithm on the GPU. CUDA programming interface is integrated into C programming language and called as CUDA C.Our study have been applied on Range Cell Migration Correction (RCMC) step of Range Doppler Algorithm (RDA) and the step which is provide transformation from polar coordinate system to Cartesian coordinate system while processing Computer Aided Tomography (CAT) algorithm. In our work, to show the performance of our system, RDA and CAT have been applied by using interpolation and P-DFT method in parallel. The parallelization of DFT has been performed both on GPU and CPU. Besides of this, we also performed the interpolation operation in parallel both on GPU and CPU. Although the interpolation operation could be realized by using parallel processing, the errors caused by applying interpolation would still remain on the results. Obtained results show us, performing P-DFT on GPU is faster than the interpolation. On the other hand, the obtained results provided by P-DFT are more accurate than interpolation. The results also show us processing on GPU improves the performance of the used algorithm. We have tested used algorithms with different data size. Our results show us, the processing time is growing considerably while the data size is increasing. We can clearly determine that performing P-DFT algorithm on GPU is more suitable in order to process SAR data fast and get more accurate results. 71

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2012, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2012, Bu tezde engel arkasındaki cisimlerin tespit edilmesi ve iki boyutlu olarak görüntülenmesi için yeni bir mikrodalga görüntüleme yöntemi ve görüntüleme algoritması önerilmekte, literatürde yapılan çalışmalar ile karşılaştırılmaktadır. Mikrodalga görüntülemedeki temel amaç engele zarar vermeden ve engeli ortadan kaldırmadan engelin arkasında veya içinde bulunan farklı malzemedeki cisimlerin tespit edilmesidir. Mikrodalga görüntüleme ile cisimlerin tespit edilebilmesi için taranacak alan elektromanyetik dalga ile aydınlatılarak geri yansıyan sinyaller işlenir. Bu yöntem ile duvar içinde bulunan farklı cisimlerin konumlarının ve şekillerinin tespit edilmesi ve iki boyutlu olarak görüntülenmesi hedeflenmiştir. Mikrodalga görüntüleme sisteminin deneysel ve benzetim çalışmaları yapılarak bu çalışmaların sonuçları karşılaştırılmaktadır. Bu tezde işlenen görüntüleme yöntemi benzetimi için CST Microwave Studio ® elektromanyetik benzetim programı kullanılarak taranacak alanların modelleri hazırlanmıştır. Görüntüleme algoritmaları ve gerekli olan yazılımlar MATLAB ® yazılımında hazırlanarak sonuçlar gösterilmiştir. Duvar içindeki farklı cisimlerin görüntülenebilmesindeki temel prensip farklı malzemelerin farklı dielektrik katsayısına sahip olmasıdır. Bu tezde anlatılan yöntem ile taranan alanda S11 parametre ölçümleri alınarak duvar içindeki taranan noktalardaki değişimler ölçülmektedir. Görüntülemedeki temel yöntem, ölçülen alandaki dielektrik katsayısındaki değişimlerin görüntü işleme algoritmaları ile görüntüye dönüştürülmesi ve cisimlerin tespit edilmesidir. Duvar içindeki cisimlerin daha başarılı şekilde tespit edilebilmesi için yeni bir görüntü algoritması geliştirilmiştir. Bu algoritma ile duvar içindeki cisimlerin arka plan görüntüsünden ayırt edilerek tespit edilme olasılığı arttırılmıştır. Ayrıca modüler sistemler ile duvar içi görüntüleme sisteminin donanımı oluşturulmuş ve cisimlerin konumlarının ve şekillerinin başarılı olarak tespit edildiği sonuçlarda gösterilmiştir., In this thesis, a new 2D microwave imaging method and imaging algorithm for detection buried object in the wall, is suggested and compared with other microwave imaging methods. Ultra wide band microwave imaging is non-destructive imaging technique to detect objects behind or in the obstacle. It is aimed to determine the location and shape of the object with 2D imaging method. Microwave imaging method uses microwave scattering measurements in the frequency range of a few hundred megahertz up to a few gigahertz to quantitatively reconstruct the bulk electrical properties, the permittivity and effective conductivity of the object being imaged. Suggested microwave imaging method is simulated with CST Microwave Studio simulation program and the experimental study is performed to compare the results. The image and signal processing algorithms are written and simulated with MATLAB and the results are shown. Microwave imaging aims on the reconstruction of the material properties of an object by measuring the scattering of an electromagnetic signal it is illuminated with. The main reason of imaging the different materials is their own characteristic permittivity parameter. Microwave scattering parameters are measured with S11 parameter measurement methods. The microwave scattering measurements data saved and then processed with signal and image processing algorithms to reconstruct the hidden objects. The microwave scattering data are converted to images via inversion algorithms. A new image processing method is applied to increase the probability of detection. This new method reconstructs the hidden objects by removing the background image and enhancing objects according to background image. In addition, the hardware system for the microwave imaging is set up with modular products. The hardware system’s imaging results and the simulation imaging results are shown and compared. The hidden objects’ location and shape are detected successfully with hardware microwave imaging system and the simulation results., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Canlı organizmalar sürekli olarak gerek doğal ( dünyanın manyetik alanı, yıldırım gibi ) gerekse de yapay (güç hatları, radyo ve televizyon dalgaları, cep telefonları gib) elektromanyetik alanlara maruz kalmaktadırlar.Son zamanlardaki teknolojik gelişmeler yukarıda bahsedilen elketromanyetik alanların kaynağı olan bu cihazların kullanımını arttırmıştır.Sözkonusu cihazların kullanımının artmasıyla beraber , bunların insanlar ve hayvanlar üzerindeki etkileri hakkındaki sorular da artmıştır.Bugünlerde dünya üzerindeki pekçok araştırmacı elektromanyetik alanların yararlı ve de zararlı etkilerini ortaya koymak için uğraşmaktadırlar. Deneyleri gerçekleştirebilmek ve kurbağa siyatik sinirini statik manyetik alana maruz bırakabilmek için öncelikle gereken mıknatıs düzeneği oluşturuldu.Bu aşamada maliyet ve bu çalışmayı sonlandırabilmek için gerekli olan süre belirleyici faktörlerden olmuştur.Daha sonraki aşamada kurbağalar, ölçüm ve veri depolaması için gereken ekipmanlar sağlanarak deneysel sürece geçilmiştir.Statik manyetik alan sinir üzerine kare şeklinde bir seramik mıknatıs çiftiyle uygulandı.Bu deneylerde ova kurbağaları ( Rana Ridibundas ) kullanılmıştır. Tez çalışmasının ilk bölümü literatür taraması ve teorik altyapıya ayrılmıştır.İkinci bölümde deneylerde kullanılan malzemeler ve yöntemler detaylandırılmıştır.Tez çalışmasına ait sonuçlar üçüncü bölümde anlatılmıştır.Tartışma ve sonuçlar bölüm dörtte yer aldı.Son olarak bu calismaya ek olarak yapılabilecek araştırmalar beşinci bölümde sıralandı., Living organisms constantly exposed to electromagnetic fiels either natural ( such as earth magnetic fields, lightning ) or man made ( such as power lines, radio and television waves, cellular phones ) Recent technological developments have raised the use of electrical equipments that are sources of aforementioned EMF.As the use of these devices inreases, the questions about the effects of EMF on human or animals also increases.Nowadays many researchers around the world try to assert the beneficial and harmful effects of EMF.In this study, the effects of static magnetic fields on compound action potential (CAP) of isolated frog sciatic nerve was investigated. In order to perform the experiments, initially the magnet arrangement required to expose the sciatic nerve to the static magnetic field was designed.At this stage,cost and the time needed to complete this work were decisive factors.Later by providing the frogs and the required equipments experiments were accomplished.Static magnetic field was applied on the nerve by using square shaped seramic magnet pair.In these experiments Rana Ridibundas were used. The first chapter of this thesis was devoted to literature review and theoritical background.In the second chapter materials and methods that was used to perform experiments were detailed.The results of this thesis was addressed in the third chapter.The discussion and conclusion comprised the chapter four.Finally, future works were addressed in chapter five., Yüksek Lisans, M.Sc.

Canlı organizmalar sürekli olarak gerek doğal ( dünyanın manyetik alanı, yıldırım gibi ) gerekse de yapay (güç hatları, radyo ve televizyon dalgaları, cep telefonları gib) elektromanyetik alanlara maruz kalmaktadırlar.Son zamanlardaki teknolojik gelişmeler yukarıda bahsedilen elketromanyetik alanların kaynağı olan bu cihazların kullanımını arttırmıştır.Sözkonusu cihazların kullanımının artmasıyla beraber , bunların insanlar ve hayvanlar üzerindeki etkileri hakkındaki sorular da artmıştır.Bugünlerde dünya üzerindeki pekçok araştırmacı elektromanyetik alanların yararlı ve de zararlı etkilerini ortaya koymak için uğraşmaktadırlar.Deneyleri gerçekleştirebilmek ve kurbağa siyatik sinirini statik manyetik alana maruz bırakabilmek için öncelikle gereken mıknatıs düzeneği oluşturuldu.Bu aşamada maliyet ve bu çalışmayı sonlandırabilmek için gerekli olan süre belirleyici faktörlerden olmuştur.Daha sonraki aşamada kurbağalar, ölçüm ve veri depolaması için gereken ekipmanlar sağlanarak deneysel sürece geçilmiştir.Statik manyetik alan sinir üzerine kare şeklinde bir seramik mıknatıs çiftiyle uygulandı.Bu deneylerde ova kurbağaları ( Rana Ridibundas ) kullanılmıştır.Tez çalışmasının ilk bölümü literatür taraması ve teorik altyapıya ayrılmıştır.İkinci bölümde deneylerde kullanılan malzemeler ve yöntemler detaylandırılmıştır.Tez çalışmasına ait sonuçlar üçüncü bölümde anlatılmıştır.Tartışma ve sonuçlar bölüm dörtte yer aldı.Son olarak bu calismaya ek olarak yapılabilecek araştırmalar beşinci bölümde sıralandı. Living organisms constantly exposed to electromagnetic fiels either natural ( such as earth magnetic fields, lightning ) or man made ( such as power lines, radio and television waves, cellular phones ) Recent technological developments have raised the use of electrical equipments that are sources of aforementioned EMF.As the use of these devices inreases, the questions about the effects of EMF on human or animals also increases.Nowadays many researchers around the world try to assert the beneficial and harmful effects of EMF.In this study, the effects of static magnetic fields on compound action potential (CAP) of isolated frog sciatic nerve was investigated.In order to perform the experiments, initially the magnet arrangement required to expose the sciatic nerve to the static magnetic field was designed.At this stage,cost and the time needed to complete this work were decisive factors.Later by providing the frogs and the required equipments experiments were accomplished.Static magnetic field was applied on the nerve by using square shaped seramic magnet pair.In these experiments Rana Ridibundas were used.The first chapter of this thesis was devoted to literature review and theoritical background.In the second chapter materials and methods that was used to perform experiments were detailed.The results of this thesis was addressed in the third chapter.The discussion and conclusion comprised the chapter four.Finally, future works were addressed in the chapter five. 73

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Son zamanlarda gelişen sabit mobil yakınsama teknolojisi olan femtocell küçük, düşük maliyetli ve düşük güç tüketimli iç mekan erişim düğümü olup mobil operatörün çekirdek ağına ardıl genişband IP bağlantısı ile bağlanmaktadır. Femtocell yatırımında önemli bir mesele ise özellikle uçtan uca gecikmeye, gecikme varyasyonuna çok duyarlı olan, ağ yarışan veri, görüntü ve internet trafiği ile yüklendiğinde önceliklendirilmeye ihtiyacı olan etkileşimli sınıf femtocell ses trafiği için ardıl bağlantı üzerinde gerekli hizmet kalitesini sağlamaktır. Bu çalışmada, UMTS femtocell ses trafiğinin performans ve hizmet kalitesi gereksinimleri analiz edilmekte ve öne sürülen femtocell ağı OPNET 14.0 benzetim aracı ile ADSL erişim ağı üzerinden farklılaştırılmış servis kodları (DSCP), farklı kuyruklama mekanizmaları ve ses kodekleri kullanarak uçtan uca gecikme, gecikme varyasyonu ve aktarılabilen veri gibi hizmet kalitesi unsurları bakımından analiz edilmektedir. Aynı zamanda, femtocell ses trafiği için ayrı bir bağlantı kullanılmasının, farklı ADSL bandgenişliği kullanımının ve ses iletim kalitesini etkileyen yüksek boyutlu dosya iletim uygulamasının MTU boyutunu değiştirmenin ses iletim kalitesi üzerindeki etkisi ortaya konulmaktadır. İstenen femtocell ses kalitesini sağlayabilen bu teknikleri kullanmak uçtan uca gecikme, gecikme varyasyonu ve iletilebilen ses trafiği için kabul edilebilir değerleri vermektedir., The recent growing fixed mobile convergence technology is femtocell which is a small, low cost and low power indoor access node which is connected to the mobile operator’s core network through a residential broadband IP backhaul connectivity. One important issue in femtocell deployment is to provide necessary quality of service on the backhaul connection for especially conversational class femtocell voice traffic which is very susceptible to end-to-end delay, delay variation (jitter) and needs to be prioritized during transmission when the network is loaded with competing data, video and internet traffic. In this study, performance and quality of service requirements of UMTS femtocell voice traffic are analyzed and the proposed femtocell network is simulated with OPNET 14.0 simulation tool in terms of voice end-to-end delay, jitter and throughput over an ADSL access network by using differentiated services code points (DSCPs), different queuing and voice encoder mechanisms. And also, the effect of using dedicated line (separate PVC) for femtocell voice traffic, different ADSL bandwidth and different MTU size (fragmentation) for heavy FTP application on voice transmission quality is introduced. Using these techniques that could provide desired femtocell voice quality yields acceptable values for end-to-end delay, jitter and voice traffic throughput., Yüksek Lisans, M.Sc.

Tez (Yüksek Lisans) -- İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, 2011, Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2011, Kapasite ve kapsama gibi sebeplerle telsiz ağlar gün geçtikçe genişlemekte, genişlerken de karmaşıklığı aynı oranda artmaktadır. Kapasite ve kapsamayı artırma amacıyla kullanılan hiyerarşik hücresel ağ yapısının avantajları bulunurken, aynı zamanda planlama, konfigürasyon ve yönetim zorlukları da bulunmaktadır. Operatörler maliyet, zaman ve işgücü kaybına yol açan bu zorluklar sebebi ile otomatik algoritma çalışmalarına (öz-düzenlemeli) yoğunluk vermektedirler. Femto/piko hücrelerde plansız dağılımdan da kaynaklı yaşanılan en büyük sorunlardan birisi de girişimdir. Femto/piko hücreler, hem kendi aralarında hem de makro hücre ile girişim sorunu yaşamaktadır. Yaşanılan girişim sorununun çözümü için güç optimizasyonu veya frekans dağılım yöntemleri önerilmektedir. Bu tez çalışmasında, UMTS hiyerarşik hücre yapısında plansız dağılım sonucunda oluşan girişim probleminin üstesinden gelmek için frekans dağılımı ve öz-düzenlemeli ağ yapısı önerilmektedir. Ağ yapısında kullanılacak olan öz-düzenleme fonksiyonu ile piko/femto hücrelerin ve bu hücrelerdeki kullanıcıların iletim gücü optimize edilecektir. Güç optimizasyonu sayesinde hücre kapsama alanlarını optimum hale gelecek ve aralarındaki girişim en aza inmiş olacaktır. Güç parametresi için çalıştırılan öz-optimizasyon fonksiyonunda anlık değerler (mobil ve sabit cihazların lokasyon bilgisi ve yol kaybı) kullanılmaktadır. Öz-düzenlemeli ağların bu özelliği sayesinde çevre koşullarına duyarlı ve değişimlere daha dayanıklı bir ağ yapısı sağlanmaktadır. Tez çalışması kapsamında UMTS hiyerarşik hücresel ağlarda frekans dağılımı ve öz-düzenleme fonksiyonu benzetimi çeşitli senaryolarda yapılmış ve sonuçları değerlendirilmiştir. Benzetim aracı olarak OPNET (Optimized Network Engineering Tools).kullanılmıştır., Wireless network is expanding day by day, reason of coverage and capacity. In order to increase capacity and coverage, hierarchical cellular network structures which have planning, configuration and management challenges, are used. These challenges cause cost, time and labor losses so operators give importance to automatic algorithm such as self organizing networks. Unplanned deployment is one of the big problems of hierarchical cellular network (especially pico/femto cells). Pico/femto cells have interference problem both among themselves and its related macro cell. Power optimization and frequency distribution methods are recommended for solution of these interference problems. In this thesis, self-organizing network structure is recommended for UMTS hierarchical cell structure, for overcome the interference problem, which can be caused unplanned deployment. Self-organized functions, which will be used in the structure of this network, optimize the femto/picocell transmission and femto/picocell users transmission power. Power optimization strategy to optimize the coverage area of the cells and brought to minimize interference between them self. In the self-optimization function for the power parameter, instantaneous values for the parameter (mobile and fixed devices, location information and path loss) are used. With this feature of self-organizing networks, sensitive to environmental conditions and more resistant to changes in the structure of a network is provided. In this study, hierarchical cellular UMTS networks with self-organizing function and frequency distribution are simulated in several scenarios and evaluated the results of simulation. OPNET (Optimized Network Engineering Tools) is used as a simulation tool., Yüksek Lisans, M.Sc.