Yeniden yapılandırılabilir terahertz antenler
Reconfigurable terahertz antennas
- Tez No: 966235
- Danışmanlar: PROF. DR. NURHAN TÜRKER TOKAN, DR. HÜSEYİN SİNAN AKŞİMŞEK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Yıldız Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Haberleşme Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 126
Özet
Terahertz bandı, 6G sistemlerinde yüksek veri hızı, düşük gecikme ve yönlendirme gibi temel performans kriterlerini karşılamak amacıyla önemli bir frekans aralığı olarak kabul edilmektedir. Bu sistemlerde, antenlerin çalışma koşullarına göre dinamik olarak özellik değiştirebilmesi iletişim verimliliğini artırmakta ve çok işlevli uygulamaların gerçekleştirilmesine olanak sağlayacağı düşünülmektedir. Bu nedenle, yeniden yapılandırılabilir anten teknolojileri hem akademik hem de endüstriyel araştırmalarda öncelikli bir konu haline gelmiştir. Bu çalışma kapsamında, 6G ve uzay uygulamalarını kapsayan geniş bir yelpazede kullanılabilecek üç farklı yeniden yapılandırılabilir terahertz anten yapısı önerilmiştir. Tasarımlarda ilk anten için yüksek güç çıkış analizleri yapılmış, ikinci anten için grafen iletkenli yapının yüzey pürüzlülüğünün performansa etkileri incelenmiş, üçüncü anten için ise grafen tabanlı özgün bir anten tasarımının performans değerlendirmeleri gerçekleştirilmiştir. Çalışma sonucunda literatüre katkı sağlayacak nitelikte özgün bulgular elde edilmiştir. İlk çalışmada, 60–160 GHz frekans aralığında çalışan enine yarıklı sızıntı dalga anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu anten, yaklaşık 63◦'lik hüzme yönlendirme kabiliyetine ve %90 toplam verimliliğe sahiptir. Maksimum 17 dBi kazanç elde edilen antenin teorik analizleri ve simülasyonları, W-bant bölgesinde yapılan deneysel sonuçlarla uyumlu bulunmuştur. Ayrıca, antenin güç taşıma kapasitesi detaylı şekilde analiz edilmiştir. W-bant frekansında ortalama 17 W, 60–160 GHz aralığında ise ortalama 3.4 W güç taşıma kapasitesine sahiptir. Bu yönüyle yüksek frekanslı uygulamalar için uygunluğu ortaya konulmuştur. İkinci çalışmada, 1.22–3.73 THz frekans aralığında çalışan çift bantlı, grafen tabanlı papyon tipi bir anten yapısı önerilmiştir. Antene, grafenin Fermi enerjisinin ayarlanması yoluyla frekansta yeniden yapılandırılabilirlik özelliği kazandırılmıştır. Bu yapı, alt bantta 0.75–1.25 THz ve üst bantta 2.82–3.73 THz aralıklarında çalışmaktadır. İlk bantta 0.28 dB, ikinci bantta ise 3 dB yönlendiricilik elde edilmiştir. 100 × 100 dizi anten konfigürasyonu ile 5 mm × 5 mm boyutlarında kompakt bir yapıdadır. Sırasıyla 32.9 dB ve 44.3 dB yönlendiricilik değerlerine ulaşılmıştır. Ayrıca, antenin performansını etkileyen yüzey pürüzlülüğü etkisi de detaylı olarak incelenmiştir. Üçüncü çalışmada, 0.3–1 THz frekans bölgesi için, grafen tabanlı ve özgün geometriye sahip yonca şekilli bir terahertz anten önerilmiştir. Yonca anten, alıcı ve verici modları için ayrı ayrı analiz edilmiştir. Grafenin iletkenliğinin Fermi enerji seviyesi ile ayarlanabilmesi sayesinde, yapı frekansta yeniden yapılandırılabilir özelliktedir. Antenin boyutları 150 μm × 150 μm olarak belirlenmiştir. Verici mod analizinde, 116.7 GHz bant genişliği ve 3.32 dBi kazanç elde edilmiştir. Lineer dizi konfigürasyonu ile oluşturulan 2×2 yonca dizi antenin boyutları 240 μm × 240 μm'dir. Bu yapıda 220 GHz bant genişliği ve 4.56 dBi kazanç sağlanmıştır. Alıcı mod analizinde, gelen düzlem dalganın güçlendirme düzeyi değerlendirilmiştir. Yonca anten için çoğaltma faktörü 19.9 ile 45.42 dB arasında değişmiş, yonca dizi anten için ise 32.94 ile 64.2 dB arasında gözlenmiştir. Ayrıca, dizi yapının bant genişliği 574.96 GHz olarak belirlenmiştir. Elde edilen bulgular, önerilen yapının geniş bantlı ve yeniden yapılandırılabilir THz uygulamaları için güçlü bir aday olduğunu göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The terahertz band is considered an important frequency range to meet key performance criteria such as high data rate, low latency, and beam steering in 6G systems. In these systems, the ability of antennas to dynamically change their characteristics according to operating conditions is thought to enhance communication efficiency and enable multifunctional applications. Therefore, reconfigurable antenna technologies have become a priority topic in both academic and industrial research. Within the scope of this study, three different reconfigurable terahertz antenna structures that can be used in a wide range of 6G and space applications have been proposed. In the designs, high power output analyses were conducted for the first antenna, the effects of surface roughness on the performance of a graphene-conductive structure were examined for the second antenna, and performance evaluations of a graphene-based novel antenna design were carried out for the third antenna. As a result of the study, original findings with the potential to contribute to the literature were obtained. In the first study, a transverse slotted leaky wave antenna design operating in the 60–160 GHz frequency range was realized. This antenna has an approximate beam steering capability of 63◦ and a total efficiency of 90%. Theoretical analyses and simulations of the antenna, which achieved a maximum gain of 17 dBi, were found to be consistent with experimental results conducted in the W-band region. In addition, the power handling capacity of the antenna was analyzed in detail. It has an average power handling capacity of 17 W in the W-band frequency and 3.4 W in the 60–160 GHz range. In this respect, its suitability for high-frequency applications has been demonstrated. In the second study, a dual-band, graphene-based bowtie antenna structure operating in the 1.22–3.73 THz frequency range was proposed. The antenna was endowed with frequency reconfigurability through the tuning of the Fermi energy of graphene. This structure operates in the ranges of 0.75–1.25 THz in the lower band and 2.82– 3.73 THz in the upper band. A directivity of 0.28 dB was achieved in the first band and 3 dB in the second band. With a 100 × 100 array antenna configuration, it has a compact structure of 5 mm × 5 mm. Directivity values of 32.9 dB and 44.3 dB were achieved, respectively. In addition, the effect of surface roughness on antenna performance was also examined in detail. In the third study, a graphene-based clover-shaped terahertz antenna with a unique geometry was proposed for the 0.3–1 THz frequency region. The clover antenna was analyzed separately for the receiver and transmitter modes. Thanks to the tunability of graphene's conductivity via the Fermi energy level, the structure is frequency-reconfigurable. The dimensions of the antenna were determined to be 150 μm × 150 μm. In the transmitter mode analysis, a bandwidth of 116.7 GHz and a gain of 3.32 dBi were achieved. The 2 × 2 clover array antenna formed with a linear array configuration has dimensions of 240 μm × 240 μm. In this structure, a bandwidth of 220 GHz and a gain of 4.56 dBi were obtained. In the receiver mode analysis, the amplification level of the incoming plane wave was evaluated. The multiplication factor ranged from 19.9 to 45.42 dB for the clover antenna, and from 32.94 to 64.2 dB for the clover array antenna. Additionally, the bandwidth of the array structure was determined to be 574.96 GHz. The obtained findings show that the proposed structure is a strong candidate for broadband and reconfigurable THz applications.
Benzer Tezler
- Polarizasyonu yeniden yapılandırılabilir grafen tabanlı terahertz anten tasarımı
Polarization reconfi̇gurable graphene-based THz antenna design
ERSİN BULAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ MİRAÇ DİLRUBA GEYİKOĞLU
- Modeling and characterization of a propagation channel for terahertz wireless communications
Terahertz kablosuz haberleşme için yayılım kanalının modellenmesi ve karakterizasyonu
KÜRŞAT TEKBIYIK
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- A new approach to satellite communication: Harnessing the power of reconfigurable intelligent surfaces
Uydu iletisimine yeni bir yaklaşım: Yeniden yapılandırılabı̇lı̇r akıllı yüzeylerden faydalanma
KÜRŞAT TEKBIYIK
Doktora
İngilizce
2024
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜNEŞ ZEYNEP KARABULUT KURT
- Index modulation based designs, error performance and physical layer security analyses for unmanned aerial vehicle networks
İnsansız hava aracı ağları için indis modülasyonu tabanlı tasarımlar, hata performansı ve fiziksel katman güvenlik analizleri
AYŞE BETÜL BÜYÜKŞAR
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik-Haberleşme Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Physical layer techniques for 5G and beyond wireless systems
5G ve ötesi kablosuz sistemler için fiziksel katman teknikleri
ABUU BAKARI KIHERO
Doktora
İngilizce
2024
İletişim Bilimleriİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN