Yaldız, ErcanBulut, Selami2025-12-242025-12-242025https://hdl.handle.net/123456789/12783Ultra geniş bant sistemler yer altı görüntüleme, duvar arkası tarama, kablosuz haberleşme ve medikal izleme gibi birçok alanda yüksek çözünürlük, hızlı veri iletimi, düşük güç tüketimi ve elektromanyetik girişimlere karşı bağışıklık gibi avantajları nedeniyle yaygın biçimde kullanılmaktadır. Bu sistemler, geniş bir frekans bandına yayılan çok kısa süreli darbeler üretir. Darbe üreteçlerinin tasarımında çeşitli teknikler ve anahtarlama elemanları kullanılmaktadır. Bunlar arasında tamamlayıcı metal oksit yarıiletkenler (CMOS), çığ transistörler, alan etkili transistörler (FET) ve adım kurtarma diyotları (SRD) yer almaktadır. SRD'ler, yüksek frekanslarda hızlı anahtarlama yetenekleri, düşük maliyet ve tasarım basitliği gibi avantajları sayesinde UWB uygulamalarda en yaygın kullanılan elemanlardan biri olarak öne çıkmaktadır. Bu çalışmada, UWB sistemleri için SRD tabanlı bir darbe üreteci devresi tasarlanmış ve sistemin performansı hem simülasyon hem de gerçek ölçümlerle incelenmiştir. Tasarlanan devre, transistörlü bir sürücü katı, SRD içeren darbe üretici birimi ve darbe şekillendirme devresinden oluşmaktadır. Simülasyon sürecinde MACOMM firmasına ait SMMD835 model SRD'nin eşdeğer devre modeli kullanılmıştır. Çalışmada, darbe biçimlendirmede kullanılan çıkış kondansatörünün kapasite değerinin darbe karakteristikleri üzerindeki etkisi detaylı biçimde incelenmiştir. Simülasyon sonuçlarına göre, 3.3 pF, 3.9 pF ve 10 pF kondansatör değerleri için sırasıyla 2.539 V, 2.865 V ve 5.257 V darbe genlikleri ve 630 ps, 660 ps ve 940 ps darbe genişlikleri elde edilmiştir. Gerçek ölçümlerde aynı kapasite değerlerine karşılık olarak sırasıyla 2.36 V, 2.84 V ve 5.72 V darbe genlikleri, 3.01 ns, 3.21 ns ve 3.94 ns darbe genişlikleri ölçülmüştür. Ayrıca -10 dB bant genişlikleri 580 MHz, 550 MHz ve 450 MHz olarak belirlenmiştir. Simülasyon ve deneysel bulgular karşılaştırıldığında yüksek düzeyde bir uyum gözlemlenmiş, kapasite değerinin artmasıyla darbe genliğinin arttığı, ancak bant genişliğinin azaldığı tespit edilmiştir. Güç spektral yoğunluğu analizleri, elde edilen darbelerin geniş bir frekans bandına düşük seviyeli olarak yayıldığını ve FCC'nin UWB düzenlemelerine uygunluk gösterdiğini ortaya koymuştur. Ayrıca, regresyon analizi kullanılarak kapasite değeri ile darbe genliği arasındaki ilişki matematiksel olarak modellenmiş ve bu ilişkinin tasarım öngörülebilirliğine katkı sağladığı görülmüştür. Spline regresyon modeli ile en iyi tahmin sonuçları elde edilmiştir. Elde edilen sonuçlar, tasarlanan SRD tabanlı darbe üreteci devresinin UWB tabanlı haberleşme, radar ve biyomedikal uygulamalarda kullanılabilirliğini göstermektedir.Ultra-wideband systems are widely used in many areas, including underground imaging, through-wall scanning, wireless communication, and medical monitoring, due to their advantages such as high resolution, fast data transmission, low power consumption, and immunity to electromagnetic interference. These systems generate very short pulses spanning a wide frequency band. Various techniques and switching elements are used in the design of pulse generators. These include complementary metal-oxide semiconductors (CMOS), avalanche transistors, field-effect transistors (FETs), and step-recovery diodes (SRDs). SRDs stand out as one of the most widely used elements in UWB applications due to their advantages such as fast switching capabilities at high frequencies, low cost, and design simplicity. In this study, an SRD-based pulse generator circuit was designed for UWB systems, and its performance was investigated through both simulation and real-world measurements. The designed circuit consists of a transistor driver stage, a pulse generator unit containing an SRD, and a pulse-shaping circuitk. The equivalent circuit model of the SMMD835 model SRD from MACOMM was used in the simulation process. In the study, the effect of the capacitance value of the output capacitor used in pulse shaping on the pulse characteristics was investigated in detail. In the simulations, pulse amplitudes of 2.539 V, 2.865 V, and 5.257 V and pulse widths of 630 ps, 660 ps, and 940 ps were obtained for the 3.3 pF, 3.9 pF, and 10 pF capacitor values, respectively. In the actual measurements, pulse amplitudes of 2.36 V, 2.84 V, and 5.72 V and pulse widths of 3.01 ns, 3.21 ns, and 3.94 ns were measured for the same capacitance values, respectively. In addition, -10 dB bandwidths were determined as 580 MHz, 550 MHz, and 450 MHz. A comparison of simulation and experimental findings demonstrated a high level of agreement, indicating that increasing the capacitance value increased pulse amplitude while decreasing bandwidth. Power spectral density analyses revealed that the resulting pulses spread at low levels across a wide frequency band and complied with the FCC's UWB regulations. Furthermore, regression analysis was used to mathematically model the relationship between capacitance value and pulse amplitude, demonstrating that this relationship contributes to design predictability. The best prediction results were obtained with the spline regression model. The results demonstrate the suitability of the designed SRD-based pulse generator circuit for UWB-based communication, radar, and biomedical applications.trElektrik ve Elektronik MühendisliğiElectrical and Electronics EngineeringDoctoral Thesis