X ve Ka bant uygulamaları için yüksek kazanç bant genişliğine sahip ileti dizi anten tasarımları
Transmitarray antenna designs with high gain bandwith for X and Ka band applications
Yazar: MUHAMMED MALKOÇ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SİBEL ÜNALDI ; PROF. DR. SİBEL ÇİMEN
Bilecik Şeyh Edebali Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Yüksek kazançlı antenler, günümüzde artan veri iletişimi ihtiyacını karşılamak için kritik bir
rol oynamaktadır. Bu nedenle, İleti Dizi Anten (İDA) teknolojisi gibi yenilikçi çözümler ön
plana çıkmıştır. İDA'lar, elektromanyetik dalgaları yeniden yönlendiren ve fazlarını
ayarlayarak yüksek kazanç sağlayan düzlemsel yapılar olarak tanımlanabilir. İDA'ların temel
dezavantajları olarak karmaşık tasarım ve üretim süreçleri ile bu süreçlere bağlı olarak artan
üretim maaliyetleridir. Bir diğer dezavantajı olarak dar bant genişliğine sahip olmaları
söylenebilir.
Bu tez çalışmasında, ilk olarak farklı amaçlara yönelik İDA'ların tasarımı için üç farklı birim
hücre tasarımı yapılmıştır. Yapılan benzetimler sonucu bu tasarımlar, İDA kriterlerini
karşıladığı görüldükten sonra İDA haline dönüştürülmüştür. Yöntem olarak, gereken faz
gecikmesini sağlamak amacıyla birim eleman boyut değiştirme yöntemi kullanılmıştır. Daha
sonra 9 GHz, 10 GHz ve 28 GHz merkez frekanslarında 3 farklı İDA tasarımı yapılmıştır.
"Tasarım 1 İDA" ve Tasarım 2 İDA" isimli ilk iki tasarımda FR-4 dielektrik tabakası
kullanılırken üçüncü tasarım olan "Tasarım 3 İDA" Rogers RT6002 kullanılarak
tasarlanmıştır. Her üç tasarım da 4 katmanlıdır. Tasarım 1 İDA'nın 1- dB ve 3- dB kazanç
bant genişlikleri sırasıyla %12,12 ve %49,43'tür. 9 GHz frekansındaki açıklık verimliliği
%21,3'tür. Tasarım 2 İDA'nın 1- dB kazanç bant genişliği %7,65; 3- dB kazanç bant genişliği
ise %16,36'dır. 10 GHz frekansındaki açıklık verimliliği %18,7 olarak elde edilmiştir.
Tasarım 3 İDA'nın 1- dB kazanç bant genişliği %7,96 olarak elde edilmiştir. 28 GHz
frekansındaki açıklık verimliliği %30,84'tür. Prototipi üretilen ve ölçümleri yapılan Tasarım 1
İDA'nın ölçüm ve benzetim sonuçları iyi bir uyuma sahiptir.
Bu tezin hedefi karmaşık olmayan tasarımlar ve düşük maliyetli üretimler ile yukarıda
anlatılan dezavantajları ortadan kaldırırken aynı zamanda geniş kazanç bant genişliği
sağlamaktır. Bu doğrultuda tasarımların benzetimleri yapılmış, Tasarım İDA 1'nın prototipi
üretilmiş ve ölçümler ise Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği,
Mikrodalga ve Anten Laboratuvarında bulunan tam yansımasız odada alınmıştır.

Abstract:
High-gain antennas play a critical role in meeting the growing demand for data
communication in today's world. As a result, innovative solutions such as Transmitarray (TA)
technology have come to the forefront. TAs can be described as planar structures that redirect
electromagnetic waves and adjust their phases to provide high gain. However, TAs have
certain disadvantages, including complex design and manufacturing processes, which lead to
increased production costs. Another drawback is their limited bandwidth.
In this thesis, three different unit cell designs were initially developed for various TA
applications. After simulations confirmed that these designs met TA criteria, they were
transformed into TAs. The method employed involved varying the size of the unit elements to
achieve the required phase delay. Subsequently, three different TA designs were created with
center frequencies of 9 GHz, 10 GHz, and 28 GHz. In the first two designs, named "Tasarım 1
İDA" and "Tasarım 2 İDA," an FR-4 dielectric layer was used, while in the third design,
referred to as "Tasarım 3 İDA" was designed using Rogers RT6002. All three designs consist
of four layers. The 1-dB and 3-dB gain bandwidths of Tasarım 1 İDA are 12.12% and
49.43%, respectively, with an aperture efficiency of 21.3% at 9 GHz. The 1-dB gain
bandwidth of Tasarım 2 İDA is 7.65%, and the 3-dB gain bandwidth is 16.36%, with an
aperture efficiency of 18.7% at 10 GHz. The 1-dB gain bandwidth of Tasarım 3 İDA is
7.96%, with an aperture efficiency of 30.84% at 28 GHz. The prototype of Tasarım 1 İDA
was produced, and its measurement and simulation results show good agreement.
The goal of this thesis is to address the aforementioned disadvantages while simultaneously
providing wide gain bandwidth through simple designs and low-cost production. Simulations
of the designs were conducted, the prototype of Tasarım 1 İDA was produced, and
measurements were taken in the anechoic chamber at the Microwave and Antenna Laboratory
of the Electronics and Communication Engineering Department at Kocaeli University.