5G haberleşme sistemleri için 28/38 GHz çift bantlı mikroşerit anten tasarımı ve prototip üretimi
For 5G communication systems 28/38 GHz dual-band microstript antenna desi̇gn and prototype production
- Tez No: 967400
- Danışmanlar: PROF. DR. ÇETİN KURNAZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Ondokuz Mayıs Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 120
Özet
Günümüzde insanların iletişim alışkanlıklarının değişimi ve haberleşme sistemlerini kullanım cihaz sayısındaki artışa bağlı olarak artan telep yoğunluğu, hızlı, güvenilebilir ve yüksek bant genişliğine sahip yeni nesil haberleşme sistemleri için araştırmaları hızlandırmıştır. Bu kapsamda frekans bandını daha yüksek frekanslara çıkarmak, ihtiyaçlara yönelik en temel çözüm yolu olarak görülmektedir. Özellikle milimetre dalgaların yeni nesil haberleşme sistemlerinde kullanımı bu yönde yapılan çalışmalara öncülük etmektedir. Ancak milimetre dalgaların gösterdiği zayıflama, kırınım gibi dezavantajlar, bu dalgaların 5G ve ileri haberleşme teknolojileri için kullanımında anten tasarımlarını kritik hale getirmektedir. Bu çalışmada, milimetre dalga haberleşmesi için ticarileşen ve ticarileşmesi beklenen 28/38 GHz frekans bantlarında çalışan, çift bantlı, farklı yalıtkan tabaka özelliklerine sahip, mikroşerit anten tasarımları gerçekleştirilmiştir. Tasarım kriterleri açısından antene ait S11 parametreleri başta olmak üzere, kazanç, verim ve ışıma paterni dikkate alınmış ve matematiksel hesaplamalar üzerinden tasarlanan ilk model, CST Studio Suite programı üzerinde oluşturulmuştur. İlk olarak FR-4 yalıtkan tabakaya sahip anten için hesaplamalar üzerinden elde edilen boyutlandırma, çift bantlı anten tasarımı için yama üzerinde parametrik analizler yardımıyla gerçekleştirilen slot konfigürasyonu ile geliştirilmiştir. Üst, kenar, merkez ve alt slotların S11, empedans uyumu ve rezonans frekanslar üzerindeki etkisi sayısal ve deneysel olarak doğrulanmıştır. Slot konfigürasyon analizleri sonucunda, 24,5 x 16,3 mm2 ölçülerinde, merkez frekanslarda -54,42 / -60,12 dB gibi ortalamanın çok üzerinde geri dönüş kaybı sunan ve benzer şekilde 7,22 / 7,38 dBi yönlülüğe sahip anten tasarımı elde edilmiştir. Kazanç başta olmak üzere anten parametrelerinde gelişme sağlamak için ikinci olarak Roger Rt/Duroid 5880 malzemesi, yalıtkan tabaka olarak seçilmiş ve yeni bir tasarım modeli çalışmada ayrıca sunulmuştur. Roger 5880 yalıtkan tabakaya sahip anten benzer şekilde parametrik analizlere tabi tutularak, literatür ortalamalarının çok üzerinde yeni bir çift bantlı mikroşerit anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarımı gerçekleştirilen antene Antenna Magus üzerinden konnektör eklenerek öncelikle konnektörün S11 parametreleri üzerindeki etkisi literatüre kazandırılmıştır. Ek olarak, konnektörlü yapıya, üretim hassasiyetini azaltmak, konnektörün etkisini ortadan kaldırmak ve parametre değerlerinin optimizasyonunu gerçekleştirmek için, Trust Region Framework optimizasyon yöntemi ve parametrik analizler yenilikçi bir yaklaşım ile birlikte uygulanmıştır. Sonuç olarak; 33 x 27 mm2 boyutlarında, 28/38 GHz frekanslarında, tek elemanlı yapılar için 7,82 / 8,98 dBi gibi literatür ortalamasına göre çok yüksek kazanç değerlerine sahip, literatürdeki en üst düzeyde -53,04 / -83,65 dB geri dönüş kaybı bulunan dizi antenlere eşdeğer nitelikte anten tasarım gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan antenin fabrikasyon üretimi, farklı tekniklerde PCB kart üreten cihazlarla gerçekleştirilmiş ve yüksek frekanslarda cihazların anten üretimindeki hassasiyeti bu çalışma ile ortaya konulmuştur. Ara bağlantı yapıları ile tasarlanan antenin Vektör Network Analizör (VNA) ölçümleri ile benzetim sonuçları arasında çok yüksek oranda tutarlılık elde edilmiştir. Bu çalışma literatürde son derece kısıtlı olarak yer alan, slot konfigürasyonu, ara bağlantı elemanlarının tasarımlar üzerinde etkisi, anten üretim hassasiyeti, yüksek performans gösteren tek elemanlı anten yapısı ve çift bantlı çalışmaya ışık tutmaktadır.
Özet (Çeviri)
Nowadays, the change in people's communication habits and the increasing demand density due to the increase in the number of devices using communication systems have accelerated the research for fast, reliable and high bandwidth next generation communication systems. In this context, increasing the frequency band to higher frequencies is seen as the most basic solution for the needs. In particular, the use of millimeter waves in next generation communication systems is leading the studies in this direction. However, the disadvantages of millimeter waves such as attenuation and diffraction make antenna designs critical in the use of these waves for 5G and advanced communication technologies. In this study, dual-band microstrip antenna designs with different insulator layer properties, operating in the 28/38 GHz frequency bands, which are commercialized and expected to be commercialized for millimeter wave communication, have been realized. In terms of design criteria, S11 parameters of the antenna, gain, efficiency and radiation pattern were taken into consideration and the first model designed through mathematical calculations was created on the CST Studio Suite program. Firstly, the sizing obtained from the calculations for the antenna with FR-4 insulating layer is improved with the slot configuration realized with the help of parametric analysis on the patch for dual-band antenna design. The effect of top, edge, center and bottom slots on S11, impedance matching and resonant frequencies were verified numerically and experimentally. As a result of the slot configuration analysis, a 24.5 x 16.3 mm2 antenna design was obtained with a return loss of -54.42 / -60.12 dB at center frequencies, which is well above average, and a directivity of 7.22 / 7.38 dBi. Secondly, Roger Rt/Duroid 5880 material is selected as the insulator layer to improve the antenna parameters, especially the gain, and a new design model is also presented in the study. The antenna with Roger 5880 insulating layer is subjected to a similar parametric analysis and a new dual-band microstrip antenna design is realized which is much higher than the literature averages. By adding a connector to the designed antenna via Antenna Magus, the effect of the connector on the S11 parameters was firstly analyzed. In addition, the Trust Region Framework optimization method and parametric analysis were applied to the connectorized structure with an innovative approach to reduce manufacturing sensitivity, eliminate the effect of the connector and optimize the parameter values. As a result; 33 x 27 mm2, 28/38 GHz frequencies, very high gain values such as 7.82 / 8.98 dBi for single element structures, equivalent to array antennas with the highest return loss of -53.04 / -83.65 dB in the literature have been designed. The fabrication of the designed antenna was carried out with PCB board manufacturing devices with different techniques and the sensitivity of the devices in antenna production at high frequencies was demonstrated in this study. Vector Network Analyzer (VNA) measurements and simulation results of the antenna designed with interconnection structures have shown very high consistency. This study sheds light on slot configuration, the effect of interconnection elements on designs, antenna fabrication accuracy, high performance single element antenna structure and dual band operation, which are very limited in the literature.
Benzer Tezler
- MIMO antenna design for 5G millimeter-wave communication systems
5G milimetre dalga haberleşme sistemleri için MIMO anten tasarımı
NERMİN K. A. HAMDAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiOndokuz Mayıs ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÇETİN KURNAZ
- 5. nesil haberleşme sistemleri için mımo anten tasarımı
Mimo antenna design for 5th generation communications
KUTAY CÜNERAY
Doktora
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGazi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURSEL AKÇAM
DR. TAYFUN OKAN
- 5G kablosuz haberleşme sistemleri için DGS ve slot yükleme tekniklerini kullanarak 28/38 GHz çift bant mikroşerit yama anten tasarımı
Using DGS and slot upload techniques for 5G wireless communication systems 28/38 GHz dual tape microstripper patch antenna design
GÖZDE SÜNER
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMersin ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ AKDAĞLI
- 5G mobil terminaller için yüksek kazançlı ve çoklu bant frekans seçici anten sistemi tasarımı
High gain and multi band frequency selective antenna system design for 5G mobile terminals
MEHMET YERLİKAYA
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiKonya Teknik ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SEYFETTİN SİNAN GÜLTEKİN
- 5G haberleşme sistemleri için tasarlanan mikroşerit yama antenlerin performans karşılaştırması
Performance comparison of microstrip patch antennas designed for 5G communication systems
ÖZLEM ELÇİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAksaray ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FİLİZ SARI