Characteristic Mode Analysis of Unit Cells of Metal-Only Infinite Arrays

Characteristic mode analysis of metal only unit cells of periodic structures is performed using Method of Moments based formulation. Ewald's transformation is incorporated for a fast and cost efficient solution and the advantages over spatial Green's function are discussed. The influence of the unit cell size on the characteristic modes is demonstrated. Various metal-only reflectarray elements are compared and their radiation characteristics are interpreted using the theory of characteristic modes. It is shown that characteristic modes of the unit cell can help us to understand the radiation and scattering behavior of the unit cell and this physical insight can be used in periodic array unit cell design

Analysis of the radiation from aparture/printed antennas in the presence of periodic structures through numerical and asymptotic techniques

TÜBİTAK EEEAG Proje28.02.2010Proje kapsamında, yakınında saçıcıların bulunduğu elektriksel olarak büyük anten dizilerinin ışıma/saçınma problemini etkin bir şekilde analiz etmek için bir yöntem geliştirmek üzere çalışmalar yapılmıştır. Bu yöntem elektriksel olarak büyük dizilerin asimptotik ışın alan gösterimine ve dizi akımlarının Ayrık Fourier Dönüşüm ifadelerine dayanmaktadır. Gerçekçi anten dizilerinin üzerindeki akım dağılımının Ayrık Fourier Dönüşümünün, dizinin yakınında saçınmaya yol açabilecek nesneler olduğu durumda bile, belli bir bölgede yoğunlaşmış olduğu gösterilmiştir. Yakınında saçıcılar bulunan büyük anten dizilerinden ışıyan alanların, Kırınımın Birbiçimli Teorisi (Uniform Theory of Diffraction - UTD) tekniği kullanılarak analizi yapılmıştır. Akımların Ayrık Fourier Dönüşümünün bir bölgede yoğun olmasını ve büyük dizilerin UTD analizini kullanan etkin bir Momentler Yöntemi (MoM) algoritması önerilmiştir. Önerilen yöntem 2 boyutlu bir probleme uygulanmıştır: Yakınında sonsuz uzunlukta mükemmel iletken silindir olan sonsuz uzunluktaki akım elemanlarından oluşan doğrusal diziden ışıma problemi. Yöntemin doğruluğu ve etkinliği sayısal örnekler üzerinden tartışılmıştır. Saygın konferanslarda iki bildiri sunulmuştur. Ayrıca, proje kapsamında bir Master tezi çalışması başlatılmıştır ve bu tez çalışması süreci hala sürmektedir.In this project, an efficient method for the analysis of electromagnetic scattering/radiation from the obstacles nearby electrically large array antennas, with nonuniform excitation, has been developed. The approach is based on the combination of a ray field representation of electrically large arrays and a DFT (Discrete Fourier Transform) based representation of array current distribution. It has been shown that, the DFT expansion of current distribution of realistic arrays is very compact even in the presence of nearby scattering object. UTD (Uniform Theory of Diffraction) analysis of radiation from large arrays in the presence of nearby scattering object is developed. An efficient Method of Moments (MoM) algorithm which uses both the compactness of DFT of currents and UTD analysis of large arrays has been proposed. The proposed method has applied to a 2D problem: Radiation of a linear array of 2N+1 infinitely long current elements with tapered current distribution in the presence of an infinitely long PEC (Perfect Electric Conductor) cylinder. Accuracy and efficiency of the method have been discussed by numerical examples. Two conference papers have been presented in well known Conferences. Furthermore, one Master‟s Degree Thesis work has been initiated in the frame of this project and it is in progress now

RF-MEMS teknolojisi ile faz dizili anten yapımı

TÜBİTAK EEEAG Proje30.06.201

ADAPTİF ANTEN DİZİLERİ

TÜBİTAK EEEAG Proje01.08.2002COST 260 projesi kapsamında uydu iletişimine yönelik 11.49 GHz_11.678 GHz frekans aralığında çalışan, faz taramalı adaptif bir almaç anten sistemi tasarlanmış üretilmiş ve test edilmiştir. Geliştirilen sistem aynı anda, farklı ya da aynı frekansta iki hüzme oluşturmaktadır. Antan dizisi sekiz adet dörtlü mikroşerit anten dizisinden oluşmaktadır ve her bir dörtlü dizi için ayrı ayrı almaç kanalları tasarlanmıştır. Sinyaller 490 MHz-678 MHz frekans aralığına indirilerek genlik ve fazları kompleks vektör modülatör yardımı ile elektronik olarak değiştirilip toplanmak suretiyle hüzme elde edilmektedir. Tüm kontroller bilgisayar ortamında gerçekleştirilmektedir. Sistem yüzey monteli (SMD- Surface Mount Device) konektörsüz mikrodalga ve elektronik komponentler ile MIC (Microwave Integrated Circuit) teknolojisineuygun olarak gerçekleştirilmiştir.In COST260 project, adaptive phased array receiving antenna system for satellite communication, which operates at 11.49-11.678GHz, has been designed, produced and tested. In the developed system, there are two simultaneous beams. These beams can be formed in the same frequency or two beams may have different frequencies. Array antenna consists of eight microstrip linear arrays of four patches. For each four element linear array, separate receiving channels have been designed. Received signals from each linear array are downconverted to 490-678 MHz band and then amplitudes and phases of these signals are adjusted by vector modulator electronically to produce the required pattern. The total signal is divided into two, one is used to control the pattern and the other one is for monitoring satellite signal. In broadcast channel, signal is upconverted to 1.2-1.7GHz frequency band. Then it is sent to DVB (Digital Video Broadcasting) demodulator/decoder card. System is fully computer controlled. In the production of the system Surface Mount Devices (SMD) and Microwave Integrated Circuit (MIC) technology has been used. This smart antenna system has the abilities of beam steering, tracking, and direction finding providing the necessary computer codes. There are two beam forming and broadcasting channels in the system. The functions of the produced prototype have been tested

Bilgi toplumu teknolojileri için anten sistemleri ve algılayıcılar

TÜBİTAK EEEAG01.10.2010Bu proje kapsamında, özellikle milimetre-dalga frekanslarında çalışan yeniden şekillendirilebilir anten, elektronik taramalı dizi anten ve yansıtıcı dizi anten tasarımı, üretimi ve ölçümleri yapılmıştır. Yeniden şekillendirilebilirlik özelliği için farklı teknolojiler kullanılmıştır. Huzmesi yönlendirilebilen sur biçimli mikroşerit yürüyen dalga anten dizisi X-bant uygulamalarında kullanılmak üzere tasarlamış, üretilmiş ve ölçülmüştür. Antenin ana huzmesinin istenilen yöne elektronik olarak döndürülebilmesini sağlayabilmek için mikroşerit hat üzerinde gerekli faz değişimini sağlayacak varaktör diyotlar kullanılmıştır. Yapılan EM benzetim ve ölçümler sonucu sur biçimli anten dizisinde, ana huzmenin diyot kontrolü ile tasarlandığı gibi 10 lik bir açı taraması yapabildiği gösterilmiştir. Bu kavram kanıtlaması şeklinde bir çalışmadır; huzmenin daha büyük açı aralığında tarama yapması için tasarımda yapılması gereken değişiklikler belirtilmiştir. MM-Dalga sabit genişlikli ve doğrusal sönümlenen yarık antenler tasarlanıp, üretilmiş ve antenin şeklinin, optik uyarımla bu iki yapı arasında değiştirilmesinin sağlanması durumunda ışıma örüntüsünün değiştirilebileceği gösterilmiştir. Proje kapsamında gerçekleştirilen bir diğer çalışmada da K ve Ka bantlarında bağımsız çalışabilen, RF MEMS anahtarlarla huzmesi elektronik olarak döndürülebilen dairesel polarizasyonlu yansıtıcı dizi anten tasarlanmış, üretilmiş ve ölçülmüştür. Çift frekanslı (24.4 GHz ve 35.5 GHz) dizi iç içe geçmiş farklı boyutlarda iki ayrık-halka dizisi şeklinde tasarlanmıştır. Huzme döndürme amacıyla her bir ayrık halkanın açısal konumunu RF MEMS anahtarlarla ayarlayarak, dairesel polarizasyonlu dalgaların fazları kontrol edilmektedir. Anten ODTÜ MEMS merkezinde geliştirilen yüzey mikro-işleme süreciyle üretilmiştir. Işıma örüntüleri ölçülmüş ve benzetim sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Ölçümlerle, ana huzmenin, tasarlandığı gibi, Ka bandında 35°‟ye, K bandında 24°‟ye döndürülebildiği gösterilmiştir. Proje çalışmalarından sur biçimli mikroşerit anten dizisiyle ilgili hazırlanan makale Microwave and Optical Technology Letters adlı dergide yayınlanmak üzere kabul edilmiştir. Yansıtıcı dizi antenle ilgili makale de hazırlık sürecindedir. Saygın konferanslarda yedi bildiri sunulmuştur. Ayrıca, proje kapsamında üç yüksek lisans tez çalışması tamamlanmıştır.In this project, reconfigurable antenna, beam steering array and reflectarray have been designed, produced and measured, especially in mm-wave frequencies. To provide reconfigurability, different technologies have been considered. X-band electronically scanning meanderline microstrip traveling wave antenna array has been designed, produced and measured. To rotate the antenna beam to the desired direction, microstrip meander line has been loaded by varactor diodes that provide required phase shift values. EM simulations and rdiation pattern measurements of the meanderline antenna have demonstrated that the antenna has the capability to scan 10 with the control of varactors as designed. This is a proof-of-concept type study; alternative configurations to increase the scan range have also been discussed. MM-wave tapered slot antennas with a constant width and linear taper have been designed, produced and measured. It has been demonstrated that if the shape of the tapered slot antenna can be changed between constant width and linear taper structures by means of optical excitation, radiation pattern reconfigurability can be obtained. In another study accomplished in this project, electronically scanning circularly polarized reflectarray working independently in K and Ka bands has been designed, produced and measured. Dual band (24.4 GHz and 35.5 GHz) reflectarray has been designed as an interlaced array of split rings of two different sizes. In order to steer the beam, the phase of the incident circularly polarized wave is controlled by RF MEMS switches that modify the angular orientation of split-rings individually. The antenna has fabricated by using surface micromachining process developed in METU MEMS Center. Radiation patterns of the antenna are measured and compared with the simulations. It has been shown that the reflectarray is capable of beam switching to 35° in Ka band, 24° in K band as required. One journal paper on meanderline antenna has been accepted to be published in Microwave and Optical Technology Letters. Preparation of manuscript on reflectarray is under progress. Seven conference papers have been presented in well known Conferences. Furthermore, three Master Thesis studies have been accomplished during the project

Effects of anisotropy of ferrite coating on the radiation characteristics of a cylindrical conductor excited by elementary sources

In this paper, radiation characteristics of an arbitrarily oriented source in an anisotropic multilayered cylindrical structure are investigated by using the state transition matrix approach. Full wave transversal field equations in spectral domain are derived for anisotropic medium in cylindrical coordinates. These expressions are formed into a set of linear first order differential equations. The solution at each layer is expressed in terms of the state transition matrices which are evaluated numerically. Fields are matched at the interfaces. Far fields are evaluated asymptotically by using the steepest descents method. Numerical results are presented for a conducting cylinder coated with an anisotropic ferrite excited by Hertzian dipole. The effects of changing the bias magnetic field of the ferrite and the other medium parameters on the radiation characteristics are examined. Beam scanning, beam splitting, pattern shaping, beamwidth adjustment and control on cross polarized component can be obtained by varying the medium parameters

X-bant Radar Uygulamaları için GaN Tabanda Alıcı/Verici Tümleşik Devreleri

TÜBİTAK EEEAG Proje01.12.2018GaN teknolojisiyle, X-bant radar alıcı/verici devre modüllerinde kullanılabilecek güçyükselteci, düsük gürültülü yükselteç, tek kutup çift atım RF anahtar ve vektör modülatörgelistirilmistir. Tasarlanan devreler 0.25 ?m Power GaN/SiC HEMT üretim süreci ile WINSemiconductor firmasında üretilmistir. Güç yükseltecinde 25W üzeri güç çıkısı, düsükgürültülü yükselteçte 20dB'den fazla kazanç, 2dBnin altında gürültü figürü elde edilmistir.Anahtarın araya girme kaybı 0.8 dB, izolasyonu 50 dB'dir. Ölçüm sonuçları, gelistirilmis tümtümlesik devrelerin proje hedeflerine ulastıgını dogrulamıstır. Gelistirilen bu birimler bundansonraki asamada tektas üstünde birlestirilerek küçük, performansı yüksek, kayıpları azalıcı/verici tümlesik devresi elde edilebilir. Bu tür devreler 5G haberlesme sistemleri, MIMOantenler, radar gibi uygulamalarda kullanılabilir.Proje kapsamında EuMIC gibi alanında önemli konferanslarda 3 bildiri sunulmustur. URSITürkiye 2018 Ulusal konferansında proje çalısmaları anlatılmıstır.Proje sonucunda GaN teknolojisi ile mikrodalga bilesenleri tasarlanması, ölçülmesi vekarakterizasyonu konusunda kapsamlı bir bilgi ve teknoloji birikimi olusmustur. Bu konudauzmanlasmıs üç ögrenci yetistirilmistir. Proje kapsamında desteklenen 2 bursiyerin yükseklisans tez çalısmaları projede gelistirilen düsük gürültülü yükselteç ve anahtar üzerinedir. GaNteknolojisi ile gelistirilen düsük gürültülü yükselteç üzerine yapılan tez tamamlanmıs ve tezbasılmıstır. Diger tez de iki ay içerisinde jüri önünde savunulacaktır.In this project, GaN based circuit elements that can be used in transciever modules ofphased arrays or radars are developed in X-band. Two 25 W power amplifiers operating in 8-10 GHz and 10-12 GHz bands are developed for the transmit chain. Furthermore, a 25 Wsingle pole double throw T/R switch, a robust low noise amplifier with a noise figure of 2 dBthat can operate under 2 W input power without a limiter circuit, and a vector modulatorcircuit which performs as a combination of attenuator and phase shifter are designed,produced and characterized.High power output is an important parameter for the integrated circuit design of receiver andtransmitter. Traditionally, such integrated circuits are produced using existing CMOS andGaAs technologies. However, performance of these technologies is insufficient for highpower applications. High electron mobility transistors (HEMT) offered on the GaN substrateare very suitable for high power/frequency applications due to their wide bandgap, highelectron saturation velocity, and large breakdown voltage. Advances in GaN technology arereplacing these technologies by offering superior performance in a smaller area. Highbreakdown voltage of GaN technology typically enables power densities up to 5 W/mm,which is far greater than those achievable by GaAs or Si counterparts. Furthermore, it ispossible to design passive circuits that can withstand high powers. Therefore, GaNtechnology is preferred in this project due to these advantages. Circuits are designed andmanufactured using 0.25 μm Power GaN/SiC HEMT process offered by WIN Semiconductor.Some of the measurements are performed on wafer whereas some of the devices arelocated on printed circuit boards. Measurement results verified that saturated output power ofthe fabricated power amplifiers are above 25 W. Measurement results show that low noiseamplifier has more than 20 dB small signal gain with less than 2 dB noise figure. RF switchhas 50 dB of isolation with less than 1 dB insertion loss. All return loss values are greaterthan 10 dB.Keywords: GaN, power amplifier (PA), low noise amplifier (LNA), T/R switch, vectormodulator, X- band Transmit/Receive (T/R) modul

Reconfigurable Reflectarrays: Design, Analysis and Fabrication

Reflectarray antennas combine the advantages of both reflector and phased array antennas. Therefore, they offer low-loss, low-cost solutions for the high gain, beam steering and beam shaping applications. First the current progress and future perspectives regarding the design and analysis of reflectarrays are discussed. Then, recent technological developments and techniques that are used to realize reconfigurability in reflectarrays are presented

Extension of Forward Backward Method with DFT Based Acceleration Algorithm for The Efficient Analysis of Radiation Scattering from Large Finite Printed Dipole Arrays

A discrete‐Fourier‐transform (DFT) based forward‐backward (FB) algorithm has been developed for the fast and accurate analysis of electrically large freestanding dipole arrays [1]. In this paper, an extension of the FB method (FBM) with a DFT‐based acceleration approach is presented to provide a relatively efficient analysis of EM radiation/scattering from an electrically large, planar, periodic, finite dipole array printed on a grounded dielectric substrate. Computational complexity of this new approach is O(Ntot), where Ntot is the number of unknowns. Numerical results are presented to validate the efficiency and accuracy of the method