Bachelor's Thesis

Reflector Dipole Antenna for Secondary Radar Band

Final Thesis 11.12 MB Appendix 1.04 kB

Author of thesis: Vojtěch Krehan

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. David Kuřátko

Reviewer: Ing. Filip Dušek

Abstract:

This bachelor thesis deals with the comprehensive design, simulation, and physical realization of a reflector dipole antenna for the Secondary Surveillance Radar (SSR) system operating in the 1030 and 1090 MHz band. The aim of the thesis is to create a functional antenna system meeting strict requirements for impedance matching and directivity. The designed antenna utilizes a broadband dipole principle with metal arms, driven by aperture coupling with an integrated microstrip balun on an IS400 substrate. The structure is supplemented by an aluminum rod reflector to suppress back radiation and a 3D-printed ABS dielectric radome for environmental protection. The design and optimization were performed in CST Studio Suite, with the real dielectric properties of the radome material experimentally verified using the waveguide NRW method. The physical prototype of the antenna was subsequently measured in an anechoic chamber. The obtained results confirm high agreement with the simulations; the real model achieves a reflection coefficient better than -15.3 dB and a realized gain exceeding 7 dBi across the entire operating band, with a beamwidth of 78° to 86° in the azimuthal plane.

Keywords:

Antenna, dipole, reflector, SSR, 1030 MHz, 1090 MHz, aperture coupling, CST Studio Suite, radome, microstrip, anechoic chamber, NRW method

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentuje svou bakalářskou práci. Student reaguje na otázky oponenta. Dr. Dřínovský se ptá, co by se nechalo v další výrobní iteraci zlepšit. Student odpovídá. Dr. Franek se ptá na důvod použití prokovů v mikropásku. Student vysvětluje.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

prof. Ing. Roman Šotner, Ph.D. (předseda)
Ing. Jan Kufa, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Josef Vychodil, Ph.D. (člen)
Ing. Jiří Dřínovský, Ph.D. (člen)
Ing. Ondřej Franek, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. David Kuřátko

Bakalářská práce studenta Vojtěcha Krehana se věnuje ucelenému inženýrskému postupu návrhu a realizace reflektorové dipólové antény pro sekundární přehledový radar (SSR) v pásmech 1030 a 1090 MHz. Text logicky sleduje jednotlivé fáze vývoje: po úvodním teoretickém rozboru problematiky štěrbinově napájeného dipólu následuje v druhé kapitole detailní návrh a postupná optimalizace napájecí i vyzařovací struktury v simulačním prostředí CST Studio Suite. V souladu se zadáním student ve třetí kapitole provedl experimentální charakterizaci dielektrického materiálu použitého pro kryt antény vlnovodnou metodou NRW a na základě získaných reálných dat korigoval simulační model. Celý proces pak úspěšně završil mechanickou stavbou prototypu a finálním ověřením impedančních a vyzařovacích charakteristik pomocí měření v bezodrazové komoře. Student pracoval po celou dobu řešení samostatně a pečlivě. Stanovené cíle byly splněny a pozitivně hodnotím dosaženou shodu výsledků reálného měření s upravenou simulací. Nad rámec běžných požadavků student dosažené výsledky prezentoval na studentské konferenci EEICT.

K práci mám následující komentáře:
Při podrobnějším studiu textu narážím na několik míst, kde by práce zasloužila hlubší diskuzi nebo preciznější formální zpracování. V kapitole 3.1 (str. 34), která se věnuje měření dielektrických parametrů materiálu ABS metodou NRW, student správně konstatuje nutnost realizace měření v S-pásmu z důvodu fyzických rozměrů dostupných vlnovodů. V textu i u výsledného grafu na Obr. 3.4 však zcela chybí fyzikální obhajoba přípustnosti následné extrapolace těchto hodnot směrem k L-pásmu (např. argumentace nízkou disperzí materiálu v dané oblasti) a chybí zde i diskuze citlivosti metody na případné mechanické tolerance či vzduchové mezery, přestože v úvodu kapitoly 1.6.1 student jejich kritický vliv sám zmiňuje. Dále v kapitole 2.9.1 autor řeší optimalizaci délky balunu a konstatuje výrazný rozdíl mezi teoretickým výpočtem (66,15 mm dle Rovnice 2.2 v kapitole 2.3) a odladěnou hodnotou (42,15 mm); zde postrádám snahu o zpřesnění analytického odhadu před samotným spuštěním numerické optimalizace. Podobně v kapitole 2.5 (str. 23) je vliv konektoru zhodnocen pouze vizuálně a podpořen poněkud vágním tvrzením, že S-parametry jsou „velmi podobné jako na Obr. 2.3“, což mohlo být podpořeno exaktnější metrikou. Z formálního hlediska se v textu občas objevují stylistické neobratnosti, jako je zjednodušující tvrzení v úvodu kapitoly 1.1 na straně 13 („Antény pracují podle frekvence v přesně definovaných kmitočtových pásmech.“), či drobné nekonzistence v sazbě kurzívy u fyzikálních veličin.

I přes uvedené dílčí nedostatky se jedná o ucelené a plně funkční inženýrské dílo s vysokou praktickou hodnotou, a proto práci doporučuji k obhajobě a navrhuji celkové hodnocení 97 bodů. Points proposed by supervisor: 97

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Filip Dušek

Student se ve své bakalářské práci věnuje návrhu reflektorové dipólové antény pro sekundární radarové pásmo. Náročnost tématu odpovídá spíše úrovni magisterského studia, jelikož se jedná o velice komplexní návrh. Student však problematiku velmi dobře zvládl a splnil všechny body zadání.

Co však sráží úroveň bakalářské práce, je odborná terminologie, místy zbytečný překlad vžitých odborných výrazů/frází do angličtiny. Největším problémem je absence popisu jednotlivých částí v obrázcích a také absence schémat včetně popisků, kvůli čemuž práce působí chaoticky. V přílohách bych také očekával okomentovaný kód pro extrakci dielektrických vlastností z měřených S-parametrů. Dalšími technickými nedostatky jsou absence popisu kalibrace a nastavení VNA, chybějící popis nastavení 3D tisku pro výrobu anténního krytu a chybějící porovnání dielektrických vlastností na pracovní frekvenci (student měřil materiál ve vlnovodu, ale v jiném frekvenčním pásmu). Dále mi osobně chybí odkazy na použitý simulační software, VNA a měřicí antény. Celkově mi připadá, že v rešerši literatury jsou uvedeny pouze 2 reference zabývající se přímo daným tématem, zatímco ostatní zdroje představují spíše obecnou literaturu. Posledním nedostatkem je nedoplnění seznamu symbolů a zkratek.

I přes tyto nedostatky student prezentuje velice solidní výsledky antény s velmi dobrou shodou simulací s reálným měřením.

Práce si zaslouží hodnocení B / 84 bodů. Topics for thesis defence:
  1. Jakým způsobem bylo kalibrováno měření navržené antény a jak byl nastaven VNA?
  2. Jak byl nastaven 3D tisk pro výrobu anténního krytu
  3. Proč byl materiál charakterizován v jiném frekvenčním pásmu? Proč nebyla použita jiná metoda měření pro měření S-parametrů?
Points proposed by reviewer: 84

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová