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: Mühendislik Bilimleri, Savunma ve Savunma Teknolojileri, Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Engineering Sciences, Defense and Defense Technologies, Electrical and Electronics Engineering
- 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: Belirtilmemiş.
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
- Kontrol ağlarının ölçüt matrisleri ile ağırlık ve ölçü planı optimizasyonu
Gewichtund beobachtungsplanoptimierung der kontrollnetzen durch die kriteriummatrizen
CİHANGİR ÖZŞAMLI
- Synthesis and characterization of porous carbons using natural zeolites and AIPO4-5 as templates and diffusion of volatile organic chemicals in these porcus media
Doğal zeolit ve AIPO4-5 kullanılarak kalıplama yöntemiyle gözenekli karbon sentezi ve karakterizasyonu ve uçucu organik kimyasalların bu gözenekli yapılardaki difüzyonu
BİLLUR SAKİNTUNA
- Size modulation and defects in graphene based ribbons: Magnetism and charge confinement
Grafin tabanlı malzemelerde kalınlıksal çesitlendirmeler ve ağ örgü delikleri: Manyetizma ve yük yoğunlaşması
MEHMET TOPSAKAL
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
İhsan Doğramacı Bilkent ÜniversitesiNanoteknoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
