Microstrip Travelling Wave Antenna Design for X Band Applications

Abstract

Reconfigurable antennas have an increasing demand in communication systems due to their

compatibility with variable system demands, environment conditions. With respect to their application need due

to their ability of changing their, propagation pattern, frequency and polarization characteristics reconfigurable

antenna arrays have a high interest in military applications. In human detection and scanning applications, the

RADAR system requires a narrow beam pattern with fast steering ability. Thus, basic radar functions such as

pattern control, scanning, targeting has a critical importance. Pattern controllable systems commonly requires

complex elements with high cost and large array antenna structures. Herein, in order to reduce the complexity

and cost Traveling wave antenna designs are studied. Traveling wave antenna design is based on the traditional

microstrip array antennas. By using Traveling wave antenna model in RADAR arrays, a small increase in frequency

band can be provided by which an effective continues scanning can be achieved. By increasing the frequency of the

array element, it is possible to steer the pattern of array for providing a scanning in time, range and direction axis.

Similarly, by changing the frequency values it is possible to optimize the range and propagation pattern of the array.

Herein, design of a frequency depended pattern steering Traveling wave antenna in operation band of 9.4-10.8 GHz

had been presented. The gain of the proposed antenna is around 8-13 dB and the main beam direction is steerable

with the range of 0⁰ - 27⁰.

Keywords

• X band,array antenna,microstrip antenna,travelling wave antenna,beam steering

X Band Radar Sistemleri için Mikroşerit Yürüyen Dalga Anten Tasarımı

Abstract

Günümüzde, telekomünikasyon ve askeri uygulamalarda ayarlanabilir anten dizilerinin kullanımı gittikçe

artmaktadır. Askeri sistemlerinde, ayarlanabilir antenler değişen sistem ihtiyaçlarına ve çevre koşullarına yüksek

uyumlulukları nedeniyle ilgi çekmektedir. Bu antenler uygulama gereksinimlerine göre çalışma frekanslarını,

analob yönlendiriciliklerini, huzmelerini, polarizasyonlarını değiştirme özelliğine sahiptirler. Hem insan izleme

hem de görüntüleme uygulamalarında, radar sistemi dar bir huzmeye sahip olmalı ve huzme hızla farklı yönleri

tarayabilmelidir. Bu nedenle huzme kontrolü, takip, tespit, arama gibi temel radar işlevleri kritik öneme sahiptir.

Huzme kontrollü sistemler, karmaşık ve yüksek maliyete yol açan kontrol edilebilir elemanlara sahip büyük anten

dizilerinin kullanılmasını gerektirirler. Bu çalışmada karmaşıklığın ve maliyetin giderilmesi için yürüyen dalga

anten modeli incelenmiştir. Yürüyen dalga anten modeli standart mikroşerit dizi modeline dayanmaktadır. Yürüyen

dalga modelli radar yapılarında, dizi elemanlarına uygulanan frekans artımının kontrolü ile huzme hareketi; açı,

menzil ve zaman eksenlerinde kontrol edilebilir ve bu sayede arama, tespit ve takip gibi temel radar fonksiyonları

yerine getirilebilir. Yine aynı şekilde frekans artımının kontrolü ile hüzme genişliği ve menzil çözünürlüğü gibi

radar performans parametreleri optimize edilebilir. Bu çalışma kapsamında 9.4GHz ile 10.8GHz frekansları

arasında çalışan frekans değişimine bağlı olarak ana hüzme yönlendiriciliğine sahip yürüyen dalga anten modeli

tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan antenin kazancı 8dB ile 13dB arasında değişmektedir. Anahüzme açısı 00 ile 270

arasında yönlendirilebilmektedir.

Keywords

• X band,dizi anten,mikroşerit anten,yürüyen dalga anten,huzme yönlendirme,huzme yönlendirme

References

1. Chen, A. C., Lu, Z. H., Tang, C. L., 2005: A Loop Antenna for WLAN Application”, IEEE Asia-Pacific Conf. Proc., s. 2, Taipei, Taiwan.
2. Collins RE, Zucker FJ. “Antenna Theory”, New York: McGraw-Hill,ch. 19–20, pt. Part 2, 1969.
3. Goldstone L, Oliner AA. “Leaky-wave antennas I: Rectangular waveguides,” IRE Trans. Antennas Propag.,7(4), 307–319, 1959.
4. Gómez JL, Quesada FD, Melcón AA. “Analysis and design of periodic leaky-wave antennas for millimeter wave band in hybid waveguide-planar technology,” IEEE Trans. Antennas Propag., 53(9), 2834–2842, 2005.
5. Garg, R., Reddy, V. S., 2003: Edge Feeding of Microstrip Ring Antennas, IEEE Trans. Antennas Propagat., 51(8), s. 1941-1947.
6. Garg, R., Bhartia, P., Bahl, I., Ittipiboon, A., “Microstrip antenna design handbook”, Artech House Antennas and Propagation Library, 1-2, (2001).
7. Guglielmi M, Boccalone G. “A novel theory for dielectric-inset waveguide leaky-wave antennas,” IEEE Trans. Antennas Propag.,39(4), 497–504, 1991.
8. Kohno, R., Yazdanboost, K. Y., 2005: Ultra Wideband L-Loop Antenna”, IEEE Int. Conf., s. 201-205, Zurich, Switzerland.

9. Oliner AA, Johnson, RC. “Leaky-Wave Antennas”, Antenna Engineering Handbook, 3rd ed. New York: McGraw-Hill,1993
10. Oliner AA. “Leakage from higher modes on microstrip line with application to antennas,” RadioSci., 22(6), 907–912, 1987
11. Pozar, D.M., Schaubert, D. H., “Microstrip antennas", IEEE Press, New York, (1995).
12. Xu, F, Zhang, Y, Hong, W, Wu, K, Cui, TJ. “Finite-difference frequency -domain algorithm for modeling guided-wave properties of substrate integrated waveguide,” IEEE Trans. Microw. Theory Tech.,51, 2221–2227, 2003
13. Xu F, Li L, Wu K, Delprat S, Chaker M. “Parameter extraction of interdigitals low-wave coplanar waveguide circuits using finite Difference frequency domain algorithm,” Int. J. RF Microw. Comput.- Aided Eng. 18(3), 250–259, Mar. 2008.