Ultra geniş bant uygulamaları için çentik karakteristlikli yüksek izolasyonlu mımo anten tasarımları
Highly isolated mimo antenna designs with band notch characteristics for ultra wideband applications
Yazar: CENNET ÖZTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. SİBEL ÇİMEN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Son zamanlarda teknolojinin gelişimiyle birlikte kablosuz haberleşmenin önü açılmıştır. Teknoloji üzerine bilim, savunma sanayi ve ticari alanlarında birçok uygulamada yenilikler yapılmıştır. Yapılan yeniliklerde, her türlü devreye uyum sağlamaları, düşük maliyetli olmalarıyla mikroşerit antenler tasarımcılar tarafından tercih edilmektedir.
Kullanıcılar, ihtiyaçları doğrultusunda kablosuz haberleşme sistemlerinde aynı anda birden fazla işin yapılabilmesini beklemektedir. Ultra Geniş Bant teknolojisi (UGB), yüksek veri hızı ve geniş bant genişliğiyle kullanıcıların isteklerini karşılayabilmektedir. UGB teknolojisinin sahip olduğu avantajların yanında çok yollu sönümlemeye uğraması gibi dezavantajları da bulunmaktadır. Bu dezavantaja, birden fazla anten kullanımıyla Çoklu Giriş Çoklu Çıkış (Multiple Input Multiple Output, MIMO) antenler, dizi ve çeşitlilik kazancı sağlayarak, iletişimin hızını ve kapasitesini artırdıkları için çözüm olarak önerilmektedir.
Bu tez çalışmasında, iki elemanlı UGB MIMO mikroşerit antenlerin tasarımı ve anten elemanları arasındaki izolasyonu sağlamak için kullanılan teknikler ve UGB frekans bandı içerisindeki diğer kablosuz haberleşme sistemleriyle parazitlenmeyi önlemek amaçlı, bant bastırmak üzerine yapılan çalışmalar sunulmuştur. Toplamda beş farklı anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarımları yapılan antenlerin bant genişlikleri, izolasyon ve bant bastırma özelliklerini incelemek için analizleri yapılmıştır. İlk olarak FR-4 yalıtkan malzemesi 30 × 29,5 mm2 boyutunda mikroşerit anten tasarımı önerilmiştir. İkinci olarak 50 × 29 mm2 boyutunda MIMO anten tasarımı gerçekleştirilmiş ve toprak yüzeyde çift L şekilleri kullanılarak UGB frekans aralığında <-20 dB değerlerinde izolasyon sağlanmıştır. Üçüncü kısımda, elde edilen MIMO antene dikdörtgen, ters C ve ters U yarık/yuvaları eklenerek UGB frekans bant aralığındaki diğer kablosuz haberleşme sistemleriyle parazitlenmeyi önleme çalışması sunulmuştur. Tez kapsamında önerilen dördüncü anten tasarımı, ikinci aşamada önerilen anten tasarımının kompakt hale getirilmeye çalışıldığı çalışmadır. Son olarak tasarlanan anten, dördüncü aşamada elde edilen kompakt anten tasarımına, dikdörtgen, ters C şekli ve U şekli yarık/yuvaların eklenmesiyle 3,1 – 10,6 GHz frekans aralığında bant bastırma özelliği kazandırılmasıdır.

Abstract:
Recently, with the development of technology, the way for wireless communication has been opened. Innovations have been made in many applications of technology in the fields of science, defense industry and commercial areas. Microstrip antennas are preferred by designers due to their innovations, adaptability to all kinds of circuits and low cost.
Users expect more than one job to be done at the same time in wireless communication systems, depending on their needs. Ultra Wideband technology (UWB) can meet users' demands with high data speed and wide bandwidth. In addition to the advantages of UWB technology, it also has disadvantages such as multi-path fading. Multiple Input Multiple Output antennas are recommended as a solution to this disadvantage, as they increase the speed and capacity of communication by providing array and diversity gain through the use of multiple antennas.
In this thesis, the design of two-element UWB MIMO microstrip antennas and the techniques used to ensure isolation between antenna elements and studies on band rejection to prevent interference with other wireless communication systems within the UWB frequency band are presented. A total of five different antenna designs were developed. The designed antennas were analyzed to examine their bandwidth, isolation and band rejection properties. Firstly, a microstrip antenna design with FR-4 insulator material and size 30 × 29.5 mm2 was proposed. Secondly, a MIMO antenna design of 50 × 29 mm2 size was realized and isolation was achieved at <-20 dB values in the UWB frequency range by using double L shapes on the ground surface. In the third part, a study to prevent interference with other wireless communication systems in the UWB frequency band range is presented by adding rectangular, inverted C and inverted U deviations to the resulting MIMO antenna. The fourth antenna design proposed within the scope of the thesis is the study in which the antenna design proposed in the second stage is tried to be made compact. The last designed antenna is to provide band rejection feature in the 3.1 – 10.6 GHz frequency range by adding rectangular, inverted C shape and U shape deviations to the compact antenna design obtained in the fourth stage.