5G çoklu giriş çoklu çıkış antenlerde antenler arası izolasyon yöntemlerinin araştırılması ve uygulanması
Research and application of isolation methods between antennas in 5G multiple input multiple output antennas
- Tez No: 784283
- Danışmanlar: PROF. DR. EVREN EKMEKÇİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Savunma ve Savunma Teknolojileri, İletişim Bilimleri, Electrical and Electronics Engineering, Defense and Defense Technologies, Communication Sciences
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Süleyman Demirel Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 68
Özet
Bu tez kapsamında, çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) anten sistemleri için kullanılabilecek ve antenler arasındaki izolasyonu iyileştirmeye yönelik topoloji tasarımları, benzetimler üzerinden analizleri, üretimleri ve ölçümleri çalışılmıştır. Tasarımlarda MIMO anten birim elemanı olarak sıradan dikdörtgen mikroşerit anten seçilmiştir ve anten dizilimleri analiz kolaylığı açısından 1×2 düzeninde gerçekleştirilmiştir. Birim elemanların merkez frekansı olarak 5. Nesil (5G) mobil haberleşme sistemleri için bir frekans bandı olarak belirlenen 3,5 GHz seçilmiştir. Tasarımlar ticari CST Studio Suite® elektromanyetik çözücü yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tasarımlarda alttaş malzeme olarak nispeten kolay temin edilebilen ve her iki de yüzü bakır kaplı FR4 malzemesi kullanılmıştır. Tasarımların gerçekleştirilmesinin ardından antenler baskı devre kartı (PCB) kazıma cihazı ile FR4 alttaş kullanılarak üretilmiş ve Keysight E5063A vektör ağ analizörü ile S-parametre ölçümleri gerçekleştirilmiştir.Tasarıma ilk olarak, 3,5 GHz merkez frekansında çalışacak ve 1×2 düzeninde antenler arası herhangi bir izolasyon yöntemi kullanılmamış sıradan dikdörtgen mikroşerit anten dizisi ile başlanmıştır. Bu anten izolasyon başarımında referans anten olarak kullanılmıştır ve tez içerisinde sıklıkla Referans Dizi Anten (RDA) olarak adlandırılmıştır. Anten dizisinin merkez frekansının belirlenmesinde |S_11| minimumu, izolasyon değerinin tespiti için ise hedef frekansta |S_21| seviyesi takip edilmiştir. Benzetimlerde RDA yapısı 3,508 GHz frekansında −16,41 dB |S_21| değeri gösterirken ölçümlerde −15,20 dB seviyesi elde edilmiştir. Nihai tasarımda RDA tasarımındaki izolasyonu iyileştirmek için anten düzleminde antenler arasına şerit hat eklenmiş ve toprak düzlemi bozularak 4 adet tamamlayıcı kapalı halka rezonatör (TKHR) yapısı 45° döndürülerek yerleştirilmiştir. Bu tasarıma izolasyon yapılı dizi anten (IDA) adı verilmiştir. Benzetimlerde IDA yapısı 3,523 GHz merkez frekansında −33,46 dB |S_21| değeri gösterirken ölçümlerde −31,04 dB değerine ulaşılmıştır. Bu sonuçlar IDA yapısının RDA yapısına göre izolasyondaki başarımını ortaya koymaktadır. RDA yapısından IDA yapısına geçerken kullanılan elemanların etkisini ortaya koymak adına, RDA ve IDA'ya ek olarak Anten 1, Anten 2, Anten 3, Anten 4 ve Anten 5 yapıları tasarlanmış ve bu antenlerin performansı sadece benzetimler üzerinden incelenmiştir. Burada bu antenlerin analiz edilmesinin amacı, anten düzlemindeki şerit hattın ve toprak düzlemindeki 4 adet 45° döndürülmüş TKHR yapısının izolasyon başarımındaki etkilerini ortaya koymaktır. Sonuç olarak nihai tasarımda elde edilen IDA yapısı hem benzetim hem de ölçüm ortamında −30 dB seviyesinden daha düşük |S_21| değeri sergileyerek izolasyon uygulamaları bir alternatif tasarım olabileceğini göstermiştir.
Özet (Çeviri)
Whitin the scope of this thesis, topology designs for multiple input multiple output (MIMO) antenna systems to improve the isolation between the antennas, their analyses by using simulations, fabrications and measurements are studied. In the designs, ordinary rectangular microstrip antenna is chosen as the unit element of the MIMO antenna, and for the simplicity in the analyses the antenna sequence is realized in 1×2 layout. As the center frequency of the unit elements, 3.5 GHz is chosen which has been determined as one of the frequency bands of 5th Generation (5G) mobile communication systems. The designs are realized by using commercial CST Studio Suite® electromagnetic solver software. In the designs, FR4 material, with copper coated on both sides, is used as the substrate which is available relatively easily. Following the completion of the designs, the antennas are fabricated by using printed circuit board (PCB) milling machine on FR4 substrate, and S-parameter measurements are realized by using Keysight E5063A vector network analyzer. Firstly, the design is started with an ordinary rectangular microstrip antenna array at 3.5 GHz center frequency in 1×2 layout having no applied isolation approach on it. This antenna is used as the reference antenna in the isolation success, and in the thesis, it is frequently called as the Reference Array Antenna (RDA). To determine the center frequency of the antenna array and the isolation level, the |S_11| minimum and the |S_21| level are tracked, respectively. At 3,508 GHz frequency, the RDA structure shows −16,41 dB and −15,20 dB |S_21| levels in simulations and experiments, respectively.In the final design, to improve the isolation of the RDA design, a strip line is added in the antenna plane in between the antennas, and 4 complementary closed ring resonators (TKHR) in rotated manner is placed by defecting the ground plane. This design is called as the array antenna with isolation structure (IDA). At 3,523 GHz frequency, the IDA structure reaches −33,46 dB and −31,04 dB |S_21| levels in simulations and experiments, respectively. The results show the success of the IDA with respect to RDA in terms of isolation.To reveal the effects of the elements that are used in the evaluation of IDA from RDA, Antenna 1, Antenna 2, Antenna 3, Antenna 4, and Antenna 5 structures designed and the performances of these antennas are investigated by simulations only. The aim of the analysis of these antennas is to reveal the effects of the isolation performances of the strip line in the antenna plane and the four 45° rotated TKHR structures in the ground plane.As the result, IDA structure that is obtained in the final design shows that it is an alternative design for isolation applications with it's |S_21| levels lower than −30 dB both in simulations and experiments.
Benzer Tezler
- Design and performance analysis of relay-based cooperative overlay cognitive radio networks
Röle tabanlı işbirlikli üstüne serme bilişsel radyo ağlarının tasarımı ve başarım analizi
SAID ABDELMONEIM ABDELWAHAB EMAM
Doktora
İngilizce
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Prof. Dr. MEHMET ERTUĞRUL ÇELEBİ
- 5G uygulamaları için dizi yama anten tasarımı ve optimizasyonu
Patch grid antenna design and optimization for 5g applications
ALP EREN BAKIR
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEBAHATTİN EKER
- 5G sistemleri için çoklu giriş-çoklu çıkış anten tasarımı
Multi input-multi output antenna design for 5G systems
CEM GÜLER
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKırklareli ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SENA ESEN BAYER KESKİN
- The performance evaluation of ai based resource allocation algorithms for donwlink NOMA systems
Aşağı yönlü NOMA sistemlerinde yapay zeka tabanlı kaynak tahsis algoritmalarının performans analizi
EDA KURT KARAKUŞ
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
- A new antenna design methodology based on performance analysis of MIMO and defining novel antenna parameters
MIMO performans analizine ve anten parametrelerini tanımlamaya dayalı yeni bir anten tasarım metodolojisi
ABUBEKER ABDULKERIM YUSSUF
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER