Graphene based fractal structure 5G microstrip patch antenna design, production and analysis
Grafen tabanlı fraktal yapıda 5G mikroşerit yama anten tasarımı, üretimi ve analizi
- Tez No: 955679
- Danışmanlar: PROF. DR. HÜSNÜ DENİZ BAŞDEMİR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Mühendislik Bilimleri, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Electrical and Electronics Engineering, Engineering Sciences, Defense and Defense Technologies
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sivas Bilim ve Teknoloji Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 67
Özet
Bu tez çalışması, geniş bant frekans aralığı uygulamaları için geliştirilen grafen kaplı fraktal mikroşerit yama antenin tasarımı, simülasyonu, üretimi ve deneysel analizini kapsamaktadır. Antenin 3–12 GHz frekans aralığındaki performansı incelenmiştir. Tasarım süreci CST Microwave Studio yazılımı ile gerçekleştirilmiş ve FR-4 ile Rogers RT-5880 olmak üzere iki farklı alt tabaka için tasarım yapılmıştır. İki farklı alt tabakanın seçilmesinin nedeni Rogers RT-5880 alt tabakasının yüksek frekanslarda FR-4 alt tabakasına göre daha iyi çalıştığını göstermektir. Alt tabakaların belirlenmesinde sonra tasarım çalışmalarına başlanmıştır. Tasarımda fraktal yapılar kullanılması amaçlanmıştır. Fraktal yapıları seçmemizdeki neden, bu yapıların deterministik davranışları ve ayırt edici geometrileridir. Ayrıca, birçok tasarım denemesiyle amacımız, istenilen frekans bantlarında verimli çalışabilecek bir anten geliştirmektir. Fraktal desenler, grafenin atom ölçekli altıgen yapısından esinlenilerek yazar tarafından özgün olarak tasarlanmıştır. Antenin kaplamasında kullanılması amaçlanan indirgenmiş grafen oksit (rGO) şu şekilde elde edilmiştir. Öncelikle grafit temin edilmiştir. Daha sonra temin edilen grafitten modifiye Hummers yöntemi ile Grafen oksit (GO) sentezlenmiştir. Sonunda indirgenmiş grafen okside (rGO) dönüştürülmüş ve farklı voltaj/süre koşullarında elektroforetik biriktirme (EPD) tekniğiyle anten yüzeylerine kaplanmıştır. Üretilen antenler, vektör ağ analizörü (VNA) kullanılarak karakterize edilmiş ve elde edilen sonuçlar simülasyon verileriyle karşılaştırılmıştır. FR-4 anteni simülasyonda 4.5 GHz'de −24 dB, ölçümde 5.5 GHz'de −23.28 dB değerine ulaşmıştır; rGO kaplandığında bu değer 9.15 GHz'de −27.63 dB olmuştur. Rogers RT-5880 için simülasyon sonuçları 5.5 GHz'de −27.9 dB, 10 GHz'de -10.77 dB olmuştur. Rogers RT-5880 için ölçüm sonuçları ise 4.8 GHz'de -22.99 dB iken, rGO kaplama sonrası 11.1 GHz'de −27.1 dB'ye ulaşmıştır. Elde edilen bulgular, Rogers RT-5880 alt tabakasının, rGO entegrasyonunun ve fraktal yapıların, anten performansını artırmada etkili olduğunu ve kablosuz haberleşme sistemleri için güçlü adaylar olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
This thesis covers the design, simulation, fabrication, and experimental analysis of a graphene-coated fractal microstrip patch antenna developed for wideband frequency applications. The antenna's performance was investigated within the frequency range of 3–12 GHz. The design process was carried out using CST Microwave Studio software, and two different substrates—FR-4 and Rogers RT-5880—were used in the design. The reason for selecting two different substrates was to demonstrate that Rogers RT-5880 performs better than FR-4 at high frequencies. Following the selection of substrates, the design process commenced with the aim of incorporating fractal structures. These structures were chosen due to their deterministic behavior and distinctive geometry. Additionally, through multiple design iterations, our goal was to develop an antenna capable of operating efficiently across the desired frequency bands. The fractal patterns were originally designed by the author, inspired by the atomic-scale hexagonal structure of graphene. The reduced graphene oxide (rGO), intended for coating the antenna, was obtained as follows: First, graphite was procured and then converted into graphene oxide (GO) using a modified Hummers method. Finally, the GO was reduced to rGO and deposited onto the antenna surfaces using the electrophoretic deposition (EPD) technique under varying voltage/time conditions. The fabricated antennas were characterized using a vector network analyzer (VNA), and the results were compared with simulation data. For the FR-4 substrate, simulation showed −24 dB at 4.5 GHz, while measurements indicated −23.28 dB at 5.5 GHz. After rGO coating, the result improved to −27.63 dB at 9.15 GHz. For the Rogers RT-5880 substrate, simulation results were −27.9 dB at 5.5 GHz and −10.77 dB at 10 GHz, while measurement results were −22.99 dB at 4.8 GHz and improved to −27.1 dB at 11.1 GHz after rGO coating. The findings demonstrate that the Rogers RT-5880 substrate, the integration of rGO, and the use of fractal structures significantly enhance antenna performance, making them strong candidates for wireless communication systems.
Benzer Tezler
- Uzay araçlarında kullanılan malzemelerde temas basıncının ısıl dirence etkisinin sayısal olarak incelenmesi
Numerical examination of the effect of contact pressure on thermal resistance i̇n materials used i̇n space vehicles
SEZAİ KOLAT
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
EnerjiSakarya ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEDİM SÖZBİR
- Plasmonic nanoantennas for enhanced light-matter interactions and graphene based tunable nanophotonic devices
Zenginleştirilmiş ışık madde etkileşimleri için plazmonik nanoantenler ve grafen tabanlı ayarlanabilir nanofotonik aygıtlar
SEMİH ÇAKMAKYAPAN
Doktora
İngilizce
2015
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EKMEL ÖZBAY
- Grafen nanoplatelet modifiyeli geopolimerlerin mikro-mekanik davranışı ve yüksek sıcaklık altındaki performansı
Micro-mechanical behavior and high temperature performance of graphene nanoplatelet modified geopolymers
İREM UNKAR KILINÇ
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşaİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SAVAŞ ERDEM
- Elektrikli araçlar için grafen tabanlı elektromanyetik ekran modellenmesi
Graphene based electromagnetic shielding modeling for electric vehicles
SUNAY GÜLER
Doktora
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBursa Uludağ ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SİBEL YENİKAYA
- Graphene-based fast saturable absorber devices and their application to mode locking of solid-state lasers
Grafen-tabanlı hızlı doyabilen soğurucular ve katıhal lazerlerinin kip-kilitlenmesindeki uygulamaları
IŞINSU BAYLAM
Doktora
İngilizce
2017
Fizik ve Fizik MühendisliğiKoç ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPHAN SENNAROĞLU