LTE haberleşmesi için bant genişliği artırılmış s-bant dairesel kutuplu düzlemsel dizi anten ile aktif yükseltecinin tasarımı ve gerçekleştirilmesi
Design and implementation of increased bandwidth s - band circular polarized planar array antenna and active amplifier with increased bandwidth for the LTE communication
Yazar: AHMET KAPICI
Danışman: PROF. DR. ALP ORAL SALMAN
Kocaeli Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez kapsamında uzak mesafe haberleşme uygulamalarında kullanılmak üzere LTE 7.
bandında (verici 2500-2570 / alıcı 2620-2690 MHz) çalışan dairesel kutuplu 2x2
düzlemsel dizi anten ve aktif yükseltecinin tasarımı, benzetimleri, gerçekleştirilmesi ve
ölçümleri yapılmıştır. Yükelteç tasarımı, antenin hem alıcı hem de verici olarak eş
zamanlı çalışmasını sağlayacak şekilde Frekans Bölmeli Çoklu Erişim (FDMA)
haberleşmesine olanak veren bir mimaride gerçekleştirilmiştir. Antenin analitik
hesaplamaları yapılmış ve bu hesaplamalar doğrultusunda benzetimler CST programında
gerçekleştirilmiştir. Öncelikle birim antende dairesel yamanın çapı parametrik olarak
değiştirilerek rezonans frekansı ayarlanmış, ardından dizi antendeki yamalarda bulunan
çentiklerin boyutları değiştirilerek eksenel oran (AR) en iyi hale getirilmiştir. Dielektrik
katmanlı dizi antende ise bant genişliği artırılmıştır. Sırasıyla birim, dizi ve dielektrik
katmanlı dizi antenin kazançları 6, 9 ve 10 dBi'ya, bant genişlikleri ise 32, 56 ve 201
MHz'e artırılması başarılmıştır. Gerçekleştirilen antenin S-parametresi ölçümleri VNA
ile yapılmış, uzak alan ışıma örüntüsü kazanç ölçümleri ise Spektrum Analizör (SA)'lü
ölçüm sistemi kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Dairesel kutuplu antenin benzetim ve
ölçüm kazançları sırasıyla hem alıcı (2660 MHz) hem de verici (2540 MHz)
frekanslarında yaklaşık 10 dBi, bant genişlikleri ise sırasıyla 201 MHz (%7,7) ve 235
MHz (%8,91) olduğu görülmüştür. Antenden elde edilen sinyalin yükseltilmesini
sağlayan yükselteç devresinin tasarımı AWR benzetim programında gerçekleştirilmiştir.
Yükseltecin baskı devresi Altium programı ile tasarlanmış ve ardından devre yurt dışında
imal ettirilmiştir. Yükselteç ölçümleri sinyal jeneratörü ve SA kullanılarak
gerçekleştirilmiştir. Aktif yükselteç sinyal gücünü benzetim ve ölçümde çok yakın
çıkmıştır. Verici olarak kullanıldığında yaklaşık 25 dB, alıcı olarak kullanıldığında ise
yaklaşık 10 dB yükseltmektedir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, the design, simulations, realization and measurements of
a circular polarized 2x2 planar array antenna and active amplifier operating in the LTE
7th band (transmitter 2500-2570 / receiver 2620-2690 MHz) were made for use in long
distance communication applications. The amplifier design is realized in an architecture
that allows Frequency Division Multiple Access (FDMA) communication, allowing the
antenna to operate simultaneously as both a receiver and a transmitter. Analytical
calculations of the antenna were made and simulations were carried out in the CST
program in line with these calculations. First, the resonance frequency was adjusted by
parametrically changing the diameter of the circular patch in the unit antenna, and then
the axial ratio (AR) was optimized by changing the dimensions of the notches in the
patches in the array antenna. In the dielectric layer array antenna, the bandwidth is
increased. It has been achieved to increase the gains of the unit, array and dielectric layer
array antennas to 6, 9 and 10 dBi, and the bandwidths to 32, 56 and 201 MHz,
respectively. S-parameter measurements of the realized antenna were made with VNA,
and far-field radiation pattern gain measurements were made using a Spectrum Analyzer
(SA) measurement system. It has been observed that the simulation and measurement
gains of the circular polar antenna are approximately 10 dBi at both receiver (2660 MHz)
and transmitter (2540 MHz) frequencies, and the bandwidths are 201 MHz (7.7%) and
235 MHz (8.91%), respectively. The design of the amplifier circuit, which enables the
signal obtained from the antenna to be amplified, was carried out in the AWR simulation
program. The printed circuit of the amplifier was designed with the Altium program and
then the circuit was manufactured abroad. Amplifier measurements were carried out using
a signal generator and SA. The signal strength of the active amplifier was very close in
simulation and measurement. It amplifies approximately 25 dB when used as a transmitter
and approximately 10 dB when used as a receiver.