Desıgn of fractal antennas for RFID and wıreless communıcatıon
Radyo frekansı tanımlama ve kablosuz haberleşme uygulamaları için fraktal anten tasarımı
- Tez No: 985127
- Danışmanlar: DR. GÖKTÜRK POYRAZOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Özyeğin Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tez çalışmasında, üçüncü iterasyon Koch eğrisine dayalı çok bantlı bir fraktal antenin tasarımı, benzetimi ve karşılaştırmalı performans analizi sunulmuştur. Anten, Radyo Frekansı Tanımlama (RFID) ve kablosuz iletişim sistemleri için geliştirilmiş olup, aynı anten geometrisi kullanılarak farklı alttaş malzemelerinin geleneksel FR-4 ve yüksek dielektrik sabitine sahip Alumina (Al2O3) anten performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Anten yapıları, Ansys HFSS (High Frequency Structure Simulator) yazılımı kullanılarak modellenmiş ve optimize edilmiştir. Toprak düzlemi boyutları, besleme hattı genişliği ve boyu gibi kritik tasarım parametrelerinin etkilerini değerlendirmek amacıyla kapsamlı parametrik analizler gerçekleştirilmiştir. Tasarımlar, geri yansıma katsayısı (S11), Gerilim Duran Dalga Oranı (VSWR), bant genişliği, 2D ve 3D ışıma desenleri ve kazanç parametrelerine göre değerlendirilmiştir. Simülasyon sonuçları, yaklaşık εr ≈ 9.8 dielektrik sabitine sahip Alumina alttaşının, anten boyutunun önemli ölçüde küçültülmesini sağlarken yeterli düzeyde ışıma verimliliği ve çok bantlı performans sunduğunu göstermektedir. Buna karşılık, εr ≈ 4.4 olan FR-4 tabanlı tasarım daha genis¸ bant aralığı sunmakta ancak fiziksel boyut açısından daha büyüktür. Alumina bazlı tasarım, keskin rezonans tepkisi ile UHF RFID etiket okuyucu uygulamaları için uygunken; FR-4 tasarımı, genis¸ bant sağlayarak uygulama sırasında toleransları göz ardı etmeye yaramaktadır. Tasarım, yaklaşık olarak 866 MHz, 2.4 GHz ve 5.8 GHz rezonans frekanslarına ulaşmış; bu da RFID, Wi-Fi ve endüstriyel kablosuz uygulamalarla uyum sağlamıştır. Fraktal geometri sayesinde, kendine benzerlik ve alan doldurma özellikleri sayesinde hem çok bantlı çalışma sağlanmış hem de anten boyutu küçültülmüştür. Bu çalışma, düşük ve yüksek dielektrik sabitine sahip alttaşların fraktal anten tasarımındaki performanslarını sistematik olarak karşılaştırarak, alttaş farkındalıklı anten mühendisliğine katkı sunmakta ve uygulamaya özel anten tasarımı için malzeme seçiminde bir rehber niteliği taşımaktadır.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the design, simulation and comparative performance analysis of a multiband fractal antenna based on the third iteration of the Koch curve, intended for Radio Frequency Identification (RFID) and wireless communication systems. The study explores how substrate material properties, particularly dielectric constant and loss tangent, influence antenna performance by implementing the same antenna geometry on two substrates: conventional FR-4 and high permittivity Alumina (Al2O3). The antenna structures were modeled and optimized using the ANSYS HFSS (Swanson Analysis Systems High Frequency Structure Simulator), with comprehensive parametric sweeps conducted to evaluate the impact of critical design parameters, including ground plane dimensions, feedline width and patch height. The designs were evaluated in terms of return loss (S11), Voltage Standing Wave Ratio (VSWR), bandwidth, radiation patterns (2D and 3D) and gain across multiple frequency bands. Simulation results indicate that the use of Alumina, with its relative permittivity of εr ≈ 9.8, enables considerable size reduction of the antenna while maintaining acceptable radiation efficiency and multiband performance. Conversely, the FR-4 based design, with εr ≈ 4.4, provides broader bandwidth but at the cost of increased physical dimensions. The results further demonstrate that the Alumina based design exhibits sharp resonance characteristics suitable for compact UHF RFID tag or reader integration, whereas the FR-4 design provides wide bandwidth, allowing tolerances to be disregarded during application. The antennas achieved resonant frequencies at approximately 866 MHz, 2.4 GHz and 5.8 GHz, making them suitable for EPC Gen2 RFID, Wi-Fi and industrial wireless applications. The use of a fractal geometry not only enabled size reduction but also facilitated multiband operation due to the self similarity and space filling characteristics inherent in the Koch structure. This work contributes to the field of substrate aware antenna engineering by offering a systematic comparison between low and high permittivity materials in fractal antenna design and provides design guidelines for selecting suitable substrates based on size, frequency and bandwidth requirements.
Benzer Tezler
- Design and simulation of fractal-based ring antennas for 5G wireless communications
5G kablosuz haberleşme için fraktal tabanlı halka antenlerin tasarımı ve simülasyonu
ABDULAZEEZ ETHAR ALTALEB
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SEBAHATTİN EKER
- Design of fractal based monopole antenna array with ultra-mutual coupling reduction for MIMO applications
Başlık çevirisi yok
ZAINAB JASIM MOHAMMED AL-DULAIMI
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAltınbaş ÜniversitesiElektrik ve Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. DOĞU ÇAĞDAŞ ATİLLA
DOÇ. DR. TAHA ELWI
- Analysis of fractal interpolation based thin wire antennas
Fraktal interpolasyon tabanlı ince tel antenlerin analizi
GİZEM KALENDER
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiDokuz Eylül ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EMİNE YEŞİM ZORAL
- Görüntüleme dizileri için süperiletken mikroşerit yama anten tasarımı ve testi
Design and test of superconductor microstrip patch antenna for imaging arrays
ARAL ERTUĞ ZORKUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiTobb Ekonomi ve Teknoloji ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ BOZBEY
- A new antenna design methodology based on performance analysis of MIMO and defining novel antenna parameters
MIMO performans analizine ve anten parametrelerini tanımlamaya dayalı yeni bir anten tasarım metodolojisi
ABUBEKER ABDULKERIM YUSSUF
Doktora
İngilizce
2024
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SELÇUK PAKER