Design, fabrication, and measurement of efficient beam-shaping reflectors for 5G mm-wave applications
5G mm-dalga uygulamaları için verimli hüzme şekillendirici yansıtıcların tasarımları, üretimleri ve ölçümleri
- Tez No: 679163
- Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR SALİH ERGÜL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2021
- 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: 123
Özet
Bu çalışmada, beşinci nesil milimetre dalga (5G mm-dalga) uygulamalarında kullanılmak üzere şekillendirilen pasif metal yansıtıcıların tasarımları için bir optimizasyon prosedürü ile tasarlanan yansıtıcıların üretim ve ölçümleri sunulmuştur. Bu yansıtıcılar, iç ve dış ortamda gelen ışınların (hüzmelerin) istenilen yönlere kontrol edilebilir güç dağılımlarıyla yönlendirilmesini, ve böylece kapsama alanının değiştirilmesini sağlayan pasif tekrarlayıcılar olarak kullanılabilmektedir. Tasarım prosedürü sezgisel bir optimizasyon yöntemini (genetik algoritma (GA)) ve tam dalga elektromanyetik analizleri içermektedir. Karmaşık yapıların verimli ve etkin optimizasyonları için çok katmanlı yaklaşım kullanılmıştır. Bu yaklaşımda, optimizasyon boyunca yüzeyler üzerindeki kontrol noktalarının kademeli olarak artırılmasıyla, kaba şekillendirmeden ince ayarlamalara varan dinamik işlemler sonucunda en iyi tasarımlara ulaşılabilmektedir. Tam dalga elektromanyetik çözücü olarak çok seviyeli hızlı çokkutup yöntemi (MLFMA) kullanılmıştır. Bu çözücü sayesinde sonuçların doğruluğundan ödün vermeden çözümler büyük oranda hızlandırılmıştır. Optimize edilmiş geometriler, düşük maliyet ve uyarlanabilir üretim imkanı sağlayan üç boyutlu (3B) yazıcılarla gerçeklenmiştir. Üretilen geometriler, düşük maliyetli iletken boya ile kaplanarak yansıtıcılara dönüştürülmüşlerdir. Ölçümler Naval Radio Lab arch (NRL arch) ve boş uzay düzeneklerinde gerçekleştirilmiştir. Ölçümler ve benzetimler büyük oranda benzerlik göstermekte, elde edilen sonuçlar hem tasarım prosedürünün başarısını hem de tasarlanan yansıtıcıların verimli 5G bileşenleri olarak kullanılabileceklerini göstermektedir. Tasarlanan yansıtıcılar 5G mm-dalga uygulamalarında düşük maliyetli ve enerji verimi yüksek sinyal tekrarlayıcılarına duyulan ihtiyacı karşılayabilecek niteliktedir. Uyarlanabilir tasarım ve üretimleri sayesinde, bu çalışmada önerilen yansıtıcılar boş uzayda sinyal dağılımının kontrolünü gerektiren birçok uygulamada kullanılmak üzere gerçeklenebilir. Son olarak, bu çalışmada sunulan yansıtıcı yapılar, yüksek bant genişliğine sahip olup farklı frekanslarda kullanılmak üzere ölçeklenebilmektedir.
Özet (Çeviri)
In this study, an optimization procedure to design corrugated passive metallic reflectors for the fifth-generation millimeter wave (5G mm-wave) applications, as well as the fabrication and measurement of the designed reflectors, are presented. Such reflecting surfaces can be used as passive repeaters in both indoor and outdoor applications to change the field coverage by redirecting incident beams into desired directions with controllable power distributions. The design procedure includes a heuristic optimization method (genetic algorithms (GAs)) and full-wave electromagnetic analyses. For efficient and effective optimization of complex geometries, a multigrid approach is used. In this approach, the number of surface representation points is gradually increased in the course of an optimization to reach the best designs via a dynamic process from coarse shaping to fine tuning. Multilevel fast multipole algorithm (MLFMA) is used for the required full-wave electromagnetic analyses by reducing the computation time substantially without deteriorating the accuracy. The optimized geometries are fabricated using a three-dimensional (3D) printing method that enables low-cost and adaptive fabrication. The fabricated 3D prints are coated with a low-cost conductive paint to obtain the final reflectors. Measurements are performed using a Naval Radio Lab arch (NRL arch) and in a free-space setup. The measured results are in good agreement with the simulations, demonstrating the success of both the design procedure and the designed reflectors as efficient 5G components. The designed reflectors provide solutions to the demand for low-cost and energy-efficient signal repeaters needed in 5G mm-wave mobile communication. Thanks to the adaptive design procedure and the use of 3D printing technology, the proposed types of reflectors can be realized and implemented for diverse configurations and alternative scenarios, where the distribution of the signal needs to be controlled in free space. Finally, the designs presented in this study have large bandwidths, while they are also scalable for alternative frequency ranges.
Benzer Tezler
- Meme tümörlerinin çok geniş bantlı radar tabanlı mikrodalga yöntemiyle tespiti
Detection of the breast tumors by ultra-wideband radar based microwave method
ALİ RECAİ ÇELİK
Doktora
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDicle ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MUHAMMED BAHADDİN KURT
PROF. DR. SELÇUK HELHEL
- Güvenlik maksatlı radar sistemleri için yüksek kazançlı mikroşerit yama anten tasarımı
Design of high gain microstrip patch antenna for security purposes radar systems
KADİR ÖZENÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHava Harp Okulu KomutanlığıElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA EMRE AYDEMİR
YRD. DOÇ. DR. AHMET ÖNCÜ
- Ultrashort and short pulsed fiber laser development for transparent material processing, imaging and spectroscopy applications
Transparan malzeme işleme, görüntüleme ve spektroskopi amaçlı ultra kısa ve kısa atımlı fiber lazer geliştirilmesi
SEYDİ YAVAŞ
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATİH ÖMER İLDAY
- Theoretical and experimental investigation of 3D plasmonic stub resonators
Üç boyutlu plazmonik çubuk tınlayıcıların teorik ve deneysel analizi
SOLMAZ NAGHIZADEH
Doktora
İngilizce
2016
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ŞÜKRÜ EKİN KOCABAŞ
- Design fabrication and characterization of high performance resonant cavity enhanced photodedectors
Yüksek performanslı rezonant kavite katkılı fotodedektörlerin tasarımı, üretimi ve karakterizasyonu
NECMİ BIYIKLI
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ORHAN AYTÜR