Dual-band switched beam array antenna for drone jamming

Thumbnail Image

Files

master_Rehnberg_Niklas_2025.pdf (3.56 MB)

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Electrical Engineering | Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-12-30

Department

Major/Subject

Microwave Engineering

Mcode

Degree programme

Master's Programme in Electronics and Nanotechnology

Language

en

Pages

77

Series

Abstract

Electronic warfare has become a cornerstone of modern military operations, with drones is vital tools due to their proven effectiveness in surveillance and offensive operations. As drones are dependent on wireless communication, different type of jammer antennas have been designed to detect and disrupt drone communication. An effective drone jammer antenna is capable of tracking the flight path of the drone, directing the majority of its radiated power towards the target, and minimizing interference in undesired directions. The target of this thesis is to develop a planar steerable beam array antenna for drone jamming applications, where beam steering is achieved by providing switchable beams towards different directions on-horizon. The antenna is designed to operate at dual-bands 2.4–2.5 GHz and 5–5.9 GHz, which cover the typical drone operating frequencies. The design work in this thesis includes developing the array and a suitable beamforming network and examining how they function together. Before starting the design process, a literature review is conducted to identify and evaluate relevant topologies for both the array and the beamforming network, enabling the selection of appropriate design concepts. Based on the findings, dual-band dipoles with resonance traps are chosen as the array elements, and a power divider beamformer with switchable delay lines is selected for the beamforming network. The design of both components are carried out using CST Studio Suite simulation software. A combined simulation model of the array and beamforming network is constructed to evaluate the performance of the designs. The antenna is able to steer the beam 90 degrees on-horizon with 11 selectable beams while keeping the gain variation below 3 dB at the covered area. The simulated active voltage standing wave ratio remains below 2.5 across both frequency bands, and the antenna demonstrates realized gains of 11 dBi in the low-band and 15 dBi in the high-band.

Elektronisesta sodankäynnistä on tullut nykyaikaisten sotilasoperaatioiden kulmakivi, jossa droonit ovat nousseet suureen rooliin tiedustelu- ja hyökkäystehtävissä. Drooneja ohjataan langattoman viestinnän avulla, mikä on johtanut erilaisten häirintäantennien kehitykseen. Tehokas häirintäantenni kykenee seuraamaan droonin lentorataa ja kohdistamaan valtaosan säteilytehosta kohteeseen, samalla minimoiden häirintäsignaalin suuntautumisen ei-toivottuihin suuntiin. Tämän työn tarkoituksena on kehittää droonin häirintään tarkoitettu tasomainen keilaa ohjaava antenniryhmä, joka tuottaa vaihdettavia keiloja eri suuntiin horisonttitasossa. Antenni suunnitellaan taajuuskaistoille 2.4–2.5 GHz ja 5–5.9 GHz, jotka kattavat droonien tyypilliset käyttötaajuudet. Työ sisältää antenniryhmän ja syöttöverkon suunnittelun sekä niiden yhteistoiminnan tarkastelun. Ennen suunnittelun aloitusta työssä tehdään kirjallisuuskatsaus, jonka tarkoituksena on löytää sopiva rakenne antenniryhmälle sekä syöttöverkolle. Kirjallisuuskatsauksen pohjalta kaksikaistainen dipoliantenni resonanssipiirillä valitaan ryhmän elementiksi ja tehonjako viivelinjoilla syöttöverkon topologiaksi. Sekä antenniryhmä että syöttöverkko suunnitellaan CST Studio Suite -simulointiohjelmistolla. Suunnitellun antennimallin suorituskyky arvioidaan rakentamalla yhdistetty simulaatiomalli antenniryhmästä sekä sen syöttöverkosta. Suunniteltu antenni pystyy ohjaamaan keilaa 90 astetta horisonttitasossa yhdellätoista valittavalla keilalla niin, että maksimi- ja minimivahvistuksen erotus on alle kolme desibeliä. Antennin jännitteen seisovan aallon suhde on alle 2.5 jokaisella keilalla molemmilla taajuuskaistoilla. Antenni saavuttaa 11 dBi:n vahvistuksen matalammalla taajuuskaistalla ja 15 dBi:n vahvistuksen korkeammalla taajuuskaistalla.

Description

Supervisor

Viikari, Ville

Thesis advisor

Unkeri, Jarkko

Keywords

beamforming, beamforming network, delay line, dipole antenna, dual-band array, parallel resonator circuit

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202501271930

Collections

[dipl] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC