Design, simulation, and fabrication of low-cost inkjet antennas
Düşük-maliyetli inkjet antenlerin tasarım, benzetim ve üretimleri
- Tez No: 442359
- Danışmanlar: DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2016
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 95
Özet
Bu çalışmada, düşük maliyetli inkjet baskılı antenler tasarım aşamasından üretim aşamasına kadar incelenmiştir. Alt tabaka olarak, ticari fotoğraf kağıdı kullanılmıştır. Çeşitli frekans bantlarında çalışan antenler, çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemine (MLFMA) dayalı, güçlü bir benzetim ortamında tasarlanmıştır. Antenler, standart, düşük maliyetli ve ticari yazıcılarda %25 gümü³ katkılı iletken mürekkebin kullanılmasıyla basılmıştır. Basımdan sonra, gümüş mürekkep yollarının iletkenliğini artırmak için pişirme işlemi uygulanmıştır. Dört farklı anten tipi önerilmiş ve çalışılmıştır. İlk olarak, S-monopol antenler 50 Ω giriş empedansı ve mikroçip giriş empedansı için tasarlanmıştır. Ölçüm sonuçları, 50 Ω'a uyumlu bir antenin 1.66 GHz'te -12.4 dB yansıma katsayısı ile rezonans ürettiğini göstermiştir. İkinci olarak, 50 Ω giriş empedanslı küçük (5 cm x 5.3 cm), simetrik bir dipol anten tasarlanmıştır. Bu antenin, 870 MHz'de -14 dB yansıma katsayısı ile rezonansa girdiği gözlemlenmiştir. Üçüncü olarak, döngü-kıvrım tipi antenler ultra-yüksek frekans (UHF; 865-868 MHz) bandında radyo frekanslarında tanımlama (RFID) uygulamaları için önerilmiştir. Öncelikle, 865 MHz'te mikro çip empedansına eşlenik olarak dengelenen bir döngü anten tasarlanmıştır. Mikroçip, anten terminallerine iletken yapıştırıcı kullanılarak başlanmıştır. Böylece, çalışan bir etiket elde edilmiştir. Daha sonra, kıvrım yapılar anten okuma mesafesini artırmak için döngü kısma parazitik olarak eklenmiştir. Bu kapsamda, okuma mesafesi testleri için basit bir ölçüm düzeneği geliştirilmiştir. Okuma mesafesi, döngü-kıvrım anten için çıkış gücü 1 W veya 30 dBm olan 865-868 MHz bandında çalışan bir okuyucu ile ölçülmüştür. Öl- çüm sonuçlarına göre, maksimum okuma mesafesi 60 cm olarak elde edilmiştir. Tez kapsamında son olarak, kafes-dipol antenler genetik algoritmalar ile tasarlanmıştır. Tasarımlar sonucu elde edilen 50 Ω uyumlu bir antenin, 1.56 GHz'te -23 dB yansıma katsayısı ile rezonansa girdiği gözlemlenmiştir. Bu anten RFID uygulamaları için 865 MHz'te rezonans üretmesi doğrultusunda yeniden tasarlanmıştır. Okuma mesafesi testleri geliştirilen düzenek ve insan bedeni üzerinde gerçekleştirilmiştir. Antenin tatmin edici şekilde, 1.5 m'den fazla mesafede ve geniş bir gözlem açısı kapsamında başarılı tanımlamalar verdiği gözlenmiştir. Bu tez kapsamında, tasarlanan ve test edilen antenlere ek olarak, düşük-bütçeli inkjet basım adımları, inkjet basımlarda pişirme zamanı ve ısısının etkileri, ve empedans uyumluluğunun RFID antenler için önemi tartışılmıştır.
Özet (Çeviri)
In this study, low-cost inkjet-printed antennas are investigated from the design level to the end-pro duct level. As a substrate, commercial photograph paper is used. Antennas working in various frequency bands are designed using a sophisticated simulation environment based on the multilevel fast multipole algorithm (MLFMA). Antennas are printed via standard, low cost, and commercial printers using conductive 25% alloyed silver ink. After printing, a temperature curing process is applied in order to increase the conductivity of silver ink paths. Four different types of antennas are proposed and studied. As the first type, an S-monopole antenna is designed for both 50 Ω input impedance and microchip input impedance. Measurement results show that 50 Ω tuned antenna resonates at 1.66 GHz with a reflection coefficient of -12.4 dB. As the second type, a small (5 c m x 5.3 cm) symmetric dipole antenna with the input impedance of 50 Ω is introduce d. It resonates at 870 MHz with a reflection co efficient of -14 dB. As the third type, loop-meander antennas are proposed for radio frequency identification (RFID) applications at ultra-high frequency (UH F; 865-868 MHz ) band. First, a loop antenna which is conjugately matched to microchip impedance at 865 MHz is designed. The microchip is connected to the terminals of the antenna using conductive epoxy. Therefore, a working fabricated tag is obtained. Then, meander structures are added to the loop antenna as parasitic elements to increase the reading range of the antenna. For the read range tests, a simple measurement setup is develop ed. Reading range is measured for the loop-meander antennas using a reader which works in 865-868 MHz band with output power of 1W or 30 dBm (ATID AT870 Hand-Held UHF RFID reader). According to the measurement results, the maximum reading range is achieved as 60 cm. As the last and fourth type, cage-dipole antennas are designed by using genetic algorithms. An antenna that is matched to 50 Ω is measured, and it is observed that, it resonates at 1.56 GHz with a reflection coefficient of -23 dB. This antenna is re-designed for RFI D applications to resonate at 865 MHz. Reading range tests are conducted on the developed setup and also on the human body. It is observed that the tag is satisfactorily identified at distances larger than 1.5 meters in a wide range of observation angles. In addition to the designed and tested antennas, this thesis discusses low-cost inkjet printing steps, effects of curing time and temperature in inkjet printing, and importance of the impedance matching for RFID antennas.
Benzer Tezler
- Design, simulation, and fabrication of low-cost chiplessrfid tags
Düşük maliyetli çipsiz rfıd etiketlerinin tasarımı, benzetimi ve üretimi
ELİF ÇETİN SALMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Computational simulation and realization of three-dimensional metamaterials with various exotic properties
Çeşitli sıradışı özelliklere sahip üç boyutlu metamalzemelerin hesaplamalı benzetimleri ve gerçeklenmeleri
HANDE İBİLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Design and development of paper-based biosensor
Kağıt-tabanlı biyosensör tasarımı ve geliştirilmesi
SOHEİL MALEKGHASEMİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
BiyomühendislikHacettepe ÜniversitesiNanoteknoloji ve Nanotıp Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEMED DUMAN
- 5g mobil haberleşme için çift bantlı ve düşük maliyetli mikroşerit yama anten tasarımı ve üretimi
Design and fabrication of a dual-band and low-cost microstrip patch antenna for 5g mobile communications
GÜRKAN KALINAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiErzurum Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH KABURCUK
- Design, simulation, and fabrication of cubesat antenna systems
Küp uydu anten sistemlerinin tasarım, benzetim ve üretimi
TÜRKER DOLAPÇI
Yüksek Lisans
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL