Vivaldi Antenna Design for gpr application

Abstract

Yeraltı Görünteleme Radarları (YGR) günümüzde birçok askeri ve sivil uygulamalarda kullanlımlaktadır. Askeri alanda, gömülü nesne, mayın ve patlayıcı tesbiti için önemli rol almaktadır. Sivil uygulamalarda ise, arkeologi çalışmalarında tarihi eserlerin hasarsız tesbiti, plastik ve metal boruların su sızıntılarını bulmak ve inşa edilmiş bir binanın iskelet yapısını incelemek için kullanılmaktadır. Bu radar çeşiti, sadece tesbit etmek değil, harek izleme yeteniğine de sahiptir. Bu doğrultuda insan hareketleri tesbiti de yapılmaktadır. Duvar arkasında saklanan insanlar, deprem sonrası enkaz altında kalmış ve kurtarmayı bekleyenlerın hayatını kurtarmak için, önemli bir teknoloji olarak sunulmuştur.YGR teknolojisinin en önemli parçası olarak YGR anteni de geliştirilmekte olup, araştırmacılar için odak noktası olmuştur. Bu teknolojide anten tasarımı yaparken, antenin daha iyi ve eş zamanlı data alışverişini sağlamak için geniş bant genişlğine sahip olması, gönderilen işaretin daha derin mesafelere ulaşmak için yüksek kazanca ve başlangıç frekansının düşük olmasına özen gösterilmesi önerilmiştir. Ayrıca, tasırımı yapılacak olan antenin, alıcı verici sitemi ile beraber kullanılması gerektiği ve dron gibi araçlara monte edilebilmesi için oldukça hafif olup, küçük boyutlara sahip olması büyük bir avantaj sağlayacaktır.Bu doğrultuda, tez çalışması esnasında, YGR sistemleri kapsamlı birşekilde araştırılıp, kullanılan anten yapıları incelenecektir. Anten tasarımına başmadan önce, antenin tüm parameteleri ve çeşitleri gözden geçirelecektir. Tasarım aşamasında ise, literatür araştırmasının ardından oldukç hafıf, küçük boyutlu, yüksek kazanca sahip ve ultra geniş bantlı Vivaldi anten tasarımı gerçekleştirilecektir.Anahtar Kelimeler: Yer Altı Görüntüleme Radarı, Vivaldi anteni.

Ground Penetrating Radar (GPR) is a radar which detects objects and interfaces buried beneath the earth's surface. It is considered as a very effective tool for non-destructively sensing of the subsurface environment, since the radar can detect any object that has different electrical properties than the surrounding soil. Thus it senses both metallic and nonmetallic targets as opposed to metal detectors. The GPR system usually contains a receiver and transmitter antennas. Transmitter connected with a source, and receiver connected with signal processing. Civil and military sections are the most popular areas for the GPR applications. In military area, it is commonly used for finding unexploded bombs, underground warehouses, bomb shelters, discovering enemy communication channels, secret rooms. In civil life GPR is commonly applied for finding, buried pipes and undetected voids. Together with these, GPR is used to find people behind the rubble also.The antennas type is very important, so the antenna plays an important role in GPR systems. The antenna efficiency is also an important part of the system. The high efficiency provides reliable and more information. Having better antenna efficiency depends on the optimization works in antenna's physical features.Therefore, Vivaldi antenna is one of UWB Antenna that used to build GPR , because it has some properties like great bandwidth , end-fire radiation, moderate gain , small dimension and easy to fabricate. So, in this thesis we have a plan to build two types of Vivaldi antenna one is Antipodal Vivaldi Antenna (AVA) and another Double Slot Vivaldi Antenna (DSAVA), for AVA the substrate material that used is Taconic with dielectric constant 3.55 we aim in this design to get a good antenna pattern at low frequencies and a high radiation pattern at high frequency , whereas it has a small dimension (70×50×0.76)mm3 . In DSAVA we have to get radiation pattern greater than that in AVA , because DSAVA is improved to enhance the Directivity and radiation pattern , the substrate material that used is FR4 with dielectric constant 4.3 and dimension 50×70×1 mm3 , in two designs we used the dielectric lens to improve the radiation pattern at low and high frequency , and for AVA we used a technique elliptical curved edge to enhance the return loss or S11 at low frequencies.Keywords: Double slot Antipodal Vivaldi Antenna (DSAVA), Antipodal Vivaldi Antenna (AVA), dielectric lens, UWB Antenna, GPR.