Çokgen profilli dielektrik yüklü H-düzlem horn anten analizi

Abstract

Bu tez çalışmasında besleme, horn ve dielektrik yüklemeden oluşan 2-boyuthı simetrik düzlemsel yapılardan elektromagnetik dalga saçılması problemi incelenmiştir. Probleme ilişkin besleme, bir dalga kılavuzu ile kılavuzun içindeki çizgisel kaynaktan ibarettir ve antenin boğaz kısmında dominant mod dalga uyarımım sağlamak amacıyla horn açıklığından yeterince uzağa yerleştirilmektedir. Dielektrik yükleme ise bir veya daha fazla keyfi şekilde ayrık çokgen yapılı dielektrik tabakalardan oluşmaktadır. Problemin kesin çözümünde Bölge Ürün Tekniği (BÜT) adı verilen etkin bir analitik/sayısal yöntem kullamlmaktadır. 2-boyutlu sınır değer problemi, ayrıt ve radyasyon koşullan da ele alınarak elektrik alanın tek bir bileşenine göre formüle edilmekte ve çözülmektedir. Buna göre, yapının H-düzlem kesiti çok açılı ve homojen parçalara bölünmektedir. Bu parçalar sınır çizgisi üzerindeki basit temel bölgelerin bileşiminden oluşur. Her temel bölge eliptik koordinatlarda ifade edilebilir bir geometriye uyarlanır ve alan fonksiyonu eliptik koordinatlardaki dalga denklemi çözümünü ifade eden Mathieu fonksiyonlarının kompozisyonu şeklinde temsil edilir. Ana parçalardaki alan ifadeleri yukarıda belirtilen temel bölge alan fonksiyonlarının toplamı olarak tanımlanır. İletken yüzeylerde sınır koşullarım sağlamak, dielektrik ara yüzlerde ise süreklilik koşullarım uygulamak suretiyle, sınır değer problemi sonsuz boyutlu katsayılar matrislerinden oluşan ikinci türden cebirsel matris denklemine indirgenir. Bu sistem kesme (truncation) prosedürü uygulanarak bilgisayar ortamında çözülür ve bilinmeyen katsayılar sayısal olarak elde edilir. Daha sonra ters işlem alınarak ısınan alan diyagramları çıkarılır ve ilgili anten karakteristikleri hesaplanır. Geliştirilen bu algoritma yeterince geniş bir frekans bandında verimli biçimde çalışabilmekte ve aynı matematiksel model ile değişik bünye parametreli birçok keyfi geometriye uygulanabilirlik imkanı vermektedir. Tekniğin doğruluğu ve verimliliği bazı test problemleriyle kontrol edilmiştir. Bazı horn yapılarının ışıma karakteristikleri hesaplanmış ve dielektrik yüklemenin anten karakteristiMerinin iyileştirilmesine yönelik çalışmalar yapılmıştır. Elde edilen neticelerden bir kısmı deneysel çalışmalarla da karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır.This thesis study deals with 2D symmetric radiation structure composed of the feed, horn and dielectric loading. The feeding waveguide of a finite length contains a line source which is placed far enough from the aperture to be of opinion that the throat of the horn is excited either by dominant mode. The loading may consist of one or more than one separate dielectric embeddings with arbitrary polyhedral boundaries. Rigorous analysis of the structure is based on the Domain Product Technique (DPT) adapted to studying 2D fields in regions with multiangular boundaries. Boundary value problem is formulated with respect to a single component of electric field satisfying Helmholtz's equation with appropriate boundary, edge and radiation conditions. H-plane cross-section of the structure is divided into multiangular regions with homogenous fillings. The DPT regards interior and exterior subregions introduced as common parts (products) of some simple basic domains possessing separable geometry in local elliptic coordinate systems associated with boundary segments. Sub region fields are constructed efficiently of summands in the forms of Mathieu function expansions defined in the above domains. Satisfying boundary conditions on the conducting surfaces and matching the tangential fields across the dielectric-air interfaces, boundary value problem is reduced to the second kind system of infinite matrix equations with respect to expansion coefficients which are determined by solving the resultant matrix equations. The last system is solved using truncation procedure. The algorithm developed is efficient in a wide enough frequency range and gives the possibility of a substantial variation of the geometry of the radiation structure within the same mathematical model. The validity and efficiency of the approach are checked and confirmed by solving test problems. Additionally, radiation pattern of some horn antennas which are being of interest to application, are presented in chapter 4. Such numerical results obtained by DPT are confirmed by another numerical results obtained by another authors and experimental results obtained by HP8530A far field antenna measurement system located at GIT Antenna Laboratory.