Simulation and Analysis of different impact parameters in active antenna measurements using a radar module
Bir Radar Modülü Kullanılarak Aktif Anten Ölçümlerinde Farklı Etki Parametrelerinin Simülasyonu Ve Analizi
- Tez No: 1000729
- Danışmanlar: PROF. DR. DİRK HEBERLİNG, ÖĞR. GÖR. ANNA GRANİCH
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Rheınısch-Westfalısche Technısche Hochschule Aachen
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Birçok yüksek frekanslı sistemde antenler, iletkenlerdeki elektrik gücünü serbest uzaydaki elektromanyetik dalgalara dönüştürmek ve elektromanyetik dalgaları tekrar elektrik gücüne çevirmek için kullanılır. Antenlerin ışıma karakteristikleri genellikle klasik anten ölçüm yöntemleriyle belirlenir ve bu yöntemler anten besleme hattına erişim gerektirir. Ancak bu her zaman mümkün değildir. Örneğin, bazı modern radar sistemlerinde antenler devre kartına hatta çip üzerine entegre edilmektedir. Buna rağmen, radar sisteminin önemli parametrelerini etkiledikleri için antenlerin ışıma karakteristiklerinin ölçülmesi kritik önem taşımaktadır. Bu amaçla, verici (Tx) ve alıcı (Rx) antenlerden oluşan bir radar modülünün iki yönlü ışıma deseni bir reflektör yardımıyla ölçülmüştür. Ardından bu ölçüm düzeneği, çeşitli ölçüm ve benzetim parametrelerinin iki yönlü ışıma karakteristikleri üzerindeki etkisini analiz etmek amacıyla bir benzetim ortamında gerçekleştirilmiştir. Radar modülünün iki yönlü ışıma deseni, 76–80 GHz frekans bandında farklı mesafelerde üç farklı reflektör (plaka, kenar ve köşe) kullanılarak ölçülmüştür. Ölçüm düzeneğine dayalı uygun bir benzetim ortamı üç adımda oluşturulmuştur: radar modülündeki antenin ışıma karakteristikleriyle uyumlu bir antenin modellenmesi, ölçüm düzeneğinin benzetim ortamına entegre edilmesi ve benzetim parametrelerinin ayarlanması. Uygun benzetim ortamı elde edildikten sonra, iki yönlü ışıma deseninin düşey ve yatay kesitleri farklı parametrelerle ayrı ayrı belirlenmiş ve benzetim parametrelerinin bu desen üzerindeki etkisi incelenmiştir. İncelenen parametreler arasında reflektörün antenler arasındaki orta noktaya olan uzaklığı ve reflektör şeklinin yanı sıra reflektör boyutu, reflektör yönelimi ve kaynaklar arasındaki mesafe yer almaktadır. Ayrıca, 77 GHz'de ölçüm ve benzetim sonuçlarıyla elde edilen düşey kesitler teorik olarak beklenen desenle karşılaştırılmıştır. Benzetim sonuçları, iki yönlü ışıma desenlerinin benzetim parametrelerine güçlü biçimde bağlı olduğunu göstermektedir. Mevcut benzetim kurulumunda, benzetim sonuçlarının desenleri ana lobların dış bölgelerinde teorik olarak beklenen iki yönlü ışıma desenlerinden önemli ölçüde sapmaktadır. Bu sapmalar, yatay kesitlerde genellikle daha yüksek yan lob seviyeleri veya beklenenden farklı ilk sıfır özellikleri şeklinde; düşey kesitlerde ise belirgin bir salınım etkisi olarak görülmektedir. Buna karşın, ana lob bölgelerinde benzetim sonuçları çoğunlukla teorik beklentiyle uyumludur. Ancak benzetim parametrelerine bağlı olarak ana loblar arasında gözle görülür farklılıklar bulunmaktadır. Aynı radar kesit alanı (RCS) değeriyle modellenmiş olsalar bile, benzetim sonuçlarının iki yönlü ışıma desenleri reflektör şekline bağlı olarak değişmektedir. Ayrıca benzetim parametrelerinin etkisi kullanılan reflektöre göre farklılık göstermektedir. İncelenen parametreler arasında reflektörün merkez noktaya uzaklığı ve reflektör boyutu, tüm reflektörler için farklı benzetim sonuçlarına yol açmıştır. Buna karşılık, uzak alan kaynakları arasındaki mesafenin etkisi, yüzeyli köşe reflektörü (TCR) ve iki yüzeyli köşe reflektörü (DCR) ile elde edilen sonuçlarda, plaka reflektöre (PR) kıyasla daha belirgindir. Ayrıca benzetim sonuçları, köşe reflektörünün farkı yönelimlere karşı kenar ve plaka reflektörlere göre daha yüksek toleransa sahip olduğunu göstermektedir. Uygun mesafe ve frekanslarda köşe reflektör ile elde edilen desenler, reflektörün yatay olarak döndürülmesi veya uzak alan kaynaklarına göre hizasız yerleştirilmesi durumunda dahi büyük ölçüde örtüşmektedir. Buna karşın plaka ve kenar reflektörlerde, farklı yönelimlerde desen özellikleri belirgin biçimde değişmektedir. Buna ek olarak, kullanılan üç reflektör arasında TCR ile elde edilen ölçüm sonuçları, benzetim sonuçları ve teorik beklentiyle en yüksek uyumu göstermektedir. Kenar ve plaka reflektörlerle elde edilen ölçüm sonuçlarında ise hem benzetim sonuçlarına hem de teorik desene göre sapmalar gözlenmiştir. Ölçümlerde görülen bazı sapmalar, reflektörün hizasız yerleştirildiği durumlarda DCR veya PR ile elde edilen bazı benzetim sonuçlarında da gözlenmiştir. Bu durum, ölçümler sırasında reflektörlerin hatalı konumlandırılmış olabileceğini düşündürmektedir. Ölçüm ve benzetim sonuçlarının teorik desenle karşılaştırılmasına dayanarak, köşe reflektörünün farklı yönelimlerin etkisine karşı kenar ve plaka reflektörlere göre daha yüksek toleransa sahip olduğu sonucuna varılmıştır. Gelecek çalışmalar kapsamında, özellikle her iki kesitteki kenar bölgelerde daha doğru iki yönlü ışıma desenleri elde edebilmek için benzetim ortamının iyileştirilmesi önerilmektedir. Ayrıca bu çalışmada ele alınmayan farklı parametre girişleri ve varyasyonları ile ek benzetimler gerçekleştirilerek benzetim parametrelerinin iki yönlü ışıma desenleri üzerindeki etkileri daha kapsamlı biçimde incelenebilir. Bunun yanında, farklı reflektör yapıları veya anten modelleri kullanılarak iki yönlü ışıma desenleri belirlenebilir ve düzenekteki parametrelerin desen üzerindeki etkisi farklı bileşenlerle analiz edilebilir.
Özet (Çeviri)
In many high-frequency systems, antennas are used to convert electrical power in conductors into electromagnetic waves in free space and vice versa. The radiation characteristics of the antennas are usually determined by classical antenna measurement methods, requiring access to the antenna feed line. However, this is not always the case. For example, in some modern radar systems, antennas are integrated into the board or even on the chip. The radiation characteristics of the antenna is nevertheless essential to measure as they influence important parameters of the radar system. For this purpose, the 2-way radiation pattern of a radar module consisting of a Tx- and Rx-antenna is measured with the help of a reflector. This measurement setup is then realized in a simulation environment in order to analyze the impact of various measurement and simulation parameters on the 2-way radiation characteristics. The 2-way radiation pattern of the radar module is measured with three different reflectors (plate, edge, corner) at various distances in the frequency band between 76 GHz and 80 GHz. A suitable simulation environment based on the measurement setup is built in three steps: Modeling an antenna in the simulation matching the radiation characteristics of the antenna in the radar module, integrating the measurement setup in the simulation environment, and adjusting the simulation parameters. After obtaining a suitable simulation environment, the vertical and horizontal cuts of the 2-way radiation pattern are determined separately with different parameters, and the influence of the simulation parameters on the 2-way radiation pattern is examined. Besides the reflector distance to the midpoint between antennas and the reflector shape, investigated simulation parameters include the reflector size, the reflector orientation, and the distance between the sources. In addition, the vertical cuts of the 2-way radiation pattern at 77 GHz determined by measurement and simulation results are compared with each other and the theoretically expected pattern. Simulation results show that the 2-way radiation patterns strongly depend on the simulation parameters. In the current simulation setup, patterns of simulation results deviate significantly from theoretically expected 2-way radiation patterns in the outer range of the main lobes. The deviations of simulation results are usually seen as substantially higher side lobe levels or different first null properties than theoretically expected in the horizontal cuts and a recognizable oscillation effect in the vertical cuts. On the other hand, the simulation results are mostly in agreement with the theoretically expected 2-way radiation patterns in the ranges of the main lobes. However, visible discrepancies exist depending on the simulation parameters between the main lobes of the theoretically expected patterns and simulation results. The 2-way radiation patterns of simulation results vary with the reflector shape even if they are modeled with the same RCS value. Furthermore, the influence of the simulation parameters also depends on the reflector used. From the simulation parameters studied, the reflector distance from the center point and the reflector size cause differed simulation results for all reflectors. On the other hand, the distance between far-field sources has a greater influence on the simulation results determined with TCR and DCR compared to those determined with PR. Furthermore, simulation results also show that the corner reflector has a higher tolerance to the different reflector orientations than the edge and plate reflectors. The patterns of simulation results at corresponding distances and frequencies determined with the corner reflector mostly match even if the reflector is laterally rotated or positioned misaligned to the far-field sources. However, this is different for the plate and edge reflectors, as the pattern properties of simulation results vary significantly for different reflector orientations. In addition, measurement results obtained with TCR are the closest to the simulation results and the theoretically expected pattern out of the three reflectors used. However, the measurement results obtained with the edge and plate reflectors have discrepancies from the simulation results and the theoretically expected pattern. Some of the deviations in the measurement results are also seen in some simulation results determined with the DCR or PR when the reflector is misaligned. In this case, deviations in the measurement results obtained with the plate or corner reflector could have arisen if the reflectors were inaccurately positioned during measurements. Based on the comparison between measurement and simulation results and the theoretically expected pattern, the corner reflector has a higher tolerance to the influence of different reflector orientations than the edge and plate reflectors. As a further procedure, the simulation environment should first be improved to obtain more accurate simulation results and thus 2-way radiation patterns, especially at the edges in both cuts. In addition, further simulations can be performed to analyze the influences of the simulation parameters on the 2-way radiation patterns with different entries or variations, which has not been covered in this work. On the other hand, the 2-way radiation patterns can be determined with different reflector structures or antenna models, and the influence of parameters on patterns in the setup can be studied with different components.
Benzer Tezler
- Linearity and efficiency improvement on RF power amplifiers
RF kuvvetlendiricilerde doğrusallık ve verimin iyileştirilmesi
ÖMER AYDIN
Doktora
İngilizce
2016
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
PROF. OSMAN PALAMUTÇUOĞULLARI
- Donanım bozukluğu durumunda uzaysal modülasyonlu sistemlerde performans analizi
Performance analysis of spatial modulation schemes with hardware impairment
UĞUR GÜRBÜZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- RIS-röle donanımlı İHA ağları: Yeni tasarımlar ve performans analizleri
RIS-relay equipped UAV networks: New designs and performance analyses
AHMET MUAZ AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Diesel motorları yakıt püskürtme sistemlerinin dinamik simülasyonu
Başlık çevirisi yok
İRFAN KARAGÖZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Makine MühendisliğiUludağ ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. OĞUZ BORAT