Analysis and design of electronically controlled dual band wifi antenna using nitinol alloys and planar metals
Nitinol alaşımları ve düzlemsel metaller kullanılarak elektronik olarak kontrollü çift bantlı wifi anteninin analizi ve tasarımı
- Tez No: 906104
- Danışmanlar: PROF. DR. EMİNE YEŞİM ZORAL, PROF. DR. ADNAN KAYA
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Dokuz Eylül Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 134
Özet
Tezde iki ayrı çalışma yürütülmektedir. İlk çalışma, WLAN frekans bantları için uygun kullanım, kompakt uçaksel metal bir anten tanıtılmaktadır. Bu anten, 20 mm x 30 mm ölçülerinde ve 0,5 mm kalınlığında bir bakır levhadan yapılmıştır. Bu tasarımın önemli bir avantajı, üretim süreci maliyeti ve süreyi önemli miktarda azaltma potansiyelidir. Ayrıca anten, yapısal dielektrik malzemelerin bulunmaması nedeniyle yüksek ısıma verimliliği de göstermektedir. Tasarlanan antenin performansı, S parametrelerinin ölçümleri ve ölçümleri yoluyla değerlendirilmiştir. Sonuçlar, bu antenin daha geniş bir frekans bant aralığını kapsadığını ve literatürde bulunan önceki tasarımlara göre daha geniş bir bant genişliğinin sağlandığını doğrulamıştır. Bu üstün özellikler, anten masaüstü bilgisayarlarda iç mekan WLAN uygulamaları için bir USB-WiFi adaptörüne entegre etmek için iyi bir aday haline getirir. Bu uygulama programı için önerilen anten, bir mini UFL koaksiyel kablo ile USB WiFi ana kartına monte edilmiştir. Ayrıca ticari bir USB WiFi adaptörüne önerilen anten monte edilmiştir. Modifiye edilmiş USB WiFi adaptörü, belirgin şekilde daha kompakt olup bir bilgisayarın entegre verileri etkili bir performans göstermektedir. Bu tezin ikinci aşamada, WLAN uygulamaları için iki yönlü hafızalı işlemler, frekans ve ışık deseni yeniden yapılandırılabilir bir anten tasarımı başlatılır. Önerilen 1 ve 6 GHz gibi geniş bir frekans bandında ve iki farklı ışıma deseninde ışıma yapabilir. Hem ışık görünümü hem de rezonans değerleri değerleri elektronik olarak birbirinden bağımsız bir şekilde kontrol edilebilir. Nitinol, nikel (Ni) ve titanyumdan (Ti) oluşan önemli bir şekil hafızalı alaşımdır. Özellikle şekil hafıza etkisi nedeniyle araştırmacıların dikkatini çekmektedir. Bu etki, Nitinolün belirli bir sıcaklıkta ısıtıldığında önceden belirlenmiş bir sürecin seyrini sağlar. Alaşım, iki kristal faz arasında geçiş yapar: daha yüksek depolarda baskın olan ostenit ve daha düşük depolarda baskın olan martensit fazdır. Nitinol'deki şekil hafıza etkisi, bu fazlar arası geçişlerden ayrılır. Tarif edilen anten tasarımında, Nitinolün dahil edilmesi ile iki ayrı anten şekli ve dolayısıyla iki farklı ışıma deseni çalışmasını sağlar. Anten, lityum iyon pillerin akımıyla bir saniyeden daha kısa bir süre içinde oda sıcaklığının üzerinde ısınır. Akımı kontrol etmek için bir röle kullanılır, antenin antenin şekli ve ışıma deseni elektronik olarak yapılandırılabilir. Önerilen nitinol anten dielektrik malzeme içermediği için metal anten yapısıdır. Metal antenlerin özellikleri, kapasitif kayba sahip olmalarıdır. Bu nedenle, antenin toplam dağılımları en kritik görünümlerden biri olan ışınma değişimi, geleneksel dielektrik altlıklara sahip antenlerden daha yüksektir. Üstelik bu yüksek ışıma oranları, geniş bir frekans aralıkları geçerlidir. Bu durumda, yapılması gereken tek şey, ışığın istendiği frekansta empedans eşleştirme işlemini gerçekleştirerek ayırma bölmeyi arttırır. Böylece eşleştirme ve ışıma getirilerinin ürünü olan toplam verimlilik artacaktır. Bu işlem için varaktör diyotlardan oluşan bir eşleştirme sistemi tasarlanmıştır. Eşleştirme devresinde varaktör diyotların kullanımı sayesinde, frekans bandında sürekli olarak eşleştirme yapılabilir. Ayrıca varaktör diyotun çip koruyucu dış kasasının frekansının artmasında endüktif özellikler gösterir. Bu nedenle devrede kullanılan varaktör diyotlar sadece kapasitif değil aynı zamanda uygulanan voltaja bağlı olarak endüktiftir ve özellikle de gösterebilmektedir. Böylece eşleştirme işlemi için Smith grafiğinde geniş kapsama alanını elde etmek mümkündür. Tez kapsamında yapılan tüm işlemler, geri dönüş kaybı ve ışınma deseni ölçümleri akredite laboratuvarlarda yapılmış ve doğrulukları doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
In the thesis, two distinct studies were undertaken. The first study introduces a cost-effective, compact planar metal antenna for WLAN frequency bands. This antenna is built from a copper plate measuring 20 mm by 30 mm, with a thickness of 0.5 mm. An important advantage of the proposed design is that it saves time and costs during production. Moreover, the antenna performs high radiation efficiency due to its composition's absence of dielectric materials. The performance of the designed antenna was rigorously assessed through simulations and measurements of S parameters. The results confirmed that this antenna covers a broader range of frequency bands and offers a wider bandwidth than previous designs found in the literature. These superior features make the antenna an excellent candidate for integration into a USB-WiFi adapter for indoor WLAN applications on desktop computers. To realize this application, a commercial USB WiFi adapter was modified by mounting the proposed antenna onto its main circuit board using a mini UFL coaxial cable. The resulting adapter, equipped with the new antenna design, is notably more compact and demonstrates effective performance when integrated with a computer. In this thesis's second and more critical stage, a frequency and pattern reconfigurable antenna design was carried out using two-way shape memory alloys for WLAN applications. It can radiate in two different radiation patterns in a wide frequency band, such as the recommended 1 and 6 GHz. Both radiation pattern and resonance frequency values can be controlled electronically independently. Nitinol, a prominent shape memory alloy (SMA) composed primarily of nickel (Ni) and titanium (Ti), is celebrated for its remarkable shape memory effect (SME). This effect allows Nitinol to return to a predetermined shape when heated to a specific temperature. The alloy transitions between two crystalline phases: austenite, which prevails at higher temperatures, and martensite, which dominates at lower temperatures. The SME in Nitinol arises from these phase transformations. In the proposed antenna design, incorporating Nitinol facilitates the establishment of two discrete antenna states corresponding to its phase transitions, each generating distinct radiation patterns. The antenna is heated rapidly, approximately within one second, to above room temperature by the current supplied by lithium-ion batteries. Using a relay to modulate the current, the phase transition of the antenna and, consequently, the pattern reconfiguration can be electronically managed. The proposed antenna is made entirely of metal because it has no dielectric material. Metal antennas are characterized by the absence of capacitive loss, leading to higher radiation efficiency than antennas with traditional substrate structures. This benefit applies across specific frequency bands and a broad range. Enhancing the matching efficiency at the desired radiation frequency is essential to maximizing total efficiency (defined as the product of matching and radiation efficiency). For this purpose, a matching circuit utilizing varactor diodes was designed. Continuous matching across the frequency band is achieved by utilizing varactor diodes in the matching circuit. Furthermore, as the frequency increases, the outer case of the varactor diode exhibits inductive characteristics. Consequently, the circuit components are not solely capacitive but possess both capacitive and inductive properties. This allows a more significant portion of the Smith chart to be covered during the matching process. All the studies conducted as part of this thesis, including return loss and radiation pattern measurements, were performed in accredited laboratories, ensuring their accuracy.
Benzer Tezler
- CMOS OTA tabanlı endüktans, direnç benzetimi devreleri ve uygulamaları
CMOS OTA based inductance, resistance simulator circuits and applications
CANKURT KUL
Yüksek Lisans
Türkçe
2015
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HULUSİ HAKAN KUNTMAN
- Gemilerde organik rankine çevrimine dayalı atık ısı geri kazanım sistemlerinin ileri termal analizleri ve termo-ekonomik optimizasyonu
Advanced thermal analyses and thermo-economic optimization of waste heat recovery systems based on organic rankine cycle onboard ships
MEHMET AKMAN
Doktora
Türkçe
2021
Enerjiİstanbul Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELMA ERGİN
- Miller çevrimine göre çalışan aşırı doldurmalı bir dizel motoruna buhar enjeksiyonunun performans ve emisyonlar üzerindeki etkisinin incelenmesi
Investigation of the effect of steam injection on performance and emissions in a turbocharged diesel engine running with the Miller cycle
GÜVEN GONCA
Doktora
Türkçe
2013
Makine MühendisliğiYıldız Teknik ÜniversitesiGemi İnşaatı ve Gemi Makineleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BAHRİ ŞAHİN
- Manyetoreolojik (MR) sönümlendiricili diz eklemi tasarımı ve analizi
Design and analysis of a knee prosthesis with (MR) magnetorheological damper
TUNA ORHANLI
Doktora
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ATİLA YILMAZ
- Buji ateşlemeli bir motorda yakıt ve ateşleme sistemleri için kontrol edilebilir elektronik kontrol ünitesi tasarımı
Controllable electronic control unit design for fuel and ignition systems in a spark ignition engine
SÜLEYMAN SAMANCI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Otomotiv MühendisliğiSelçuk ÜniversitesiOtomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MURAT CİNİVİZ