Karşılıklı kuplajı azaltılmış çift bantlı MIMO anten tasarımı
Dual-band MIMO (multiple-input-multiple-output) antenna design with reduced mutual coupling
Yazar: ERAY AYDIN
Danışman: PROF. DR. GONCA ÇAKIR
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:
Kablosuz haberleşme sistemlerinin son yıllardaki hızlı gelişimi ve bu teknolojiye Çoklu Giriş Çoklu Çıkış (Multiple Input Multiple Output, MIMO) anten sistemlerinin hızlı, geniş bant genişliği ve yüksek kanal kapasitesi özelliğinden dolayı en uygun çözüm sunması MIMO anten sistemlerinin önemini arttırmıştır. MIMO anten sistemlerinde ışıma elemanlarının birbirine yakın yerleştirilmesi ışıma elemanlarından boşluğa yayılan elektromanyetik dalgaların birbiri üzerindeki etkileri ve aynı yüzeyde yerleştirilen ışıma elemanlarından yayılan yüzey dalgası akımları karşılıklı kuplaja (MC) neden olmaktadır. MC, MIMO anten sistemlerin performansında ve bant genişliğinde (band width, BW) olumsuz etkilere neden olmaktadır. Bu nedenle, MC MIMO anten sistemlerinde istenmeyen bir durumdur ve izolasyonun yeterli seviyede olması istenir.
Bu tez çalışmasında, ARLON AD300 malzemesi ile 57×66×1,524 mm3 boyutlarına sahip 2 elemanlı 3,5 GHz ve 5 GHz rezonans frekanslarında çalışan çift bantlı MIMO anten tasarımı önerilmiştir. Kullanılan dielektrik malzemenin dielektrik sabiti (εr) 3 ve kayıp tanjantı (tanδ) 0,003'tür. Önerilen çift bantlı MIMO anten tasarımında MC'nin azaltılması için anten ön yüzeyinde şerit parazit yapı ve anten toprak yüzeyinde dambıl şekilli Tümler Yarıklı Halka Rezonatörü (TYHR) Kusurlu Zemin Yapısı (KZY) uygulanmıştır. Uygulanan yöntem ile düşük frekans bandında 11 dB'den fazla, yüksek frekans bandında 12 dB'den fazla izolasyonda iyileştirme sağlanmıştır. İki frekans bandında da S21 seviyesi 30 dB'den daha aşağı çekilmiştir. Önerilen MIMO anten tasarımında iki frekans bandında da Zarf Korelasyon Katsayısı (Envelope Correlation Coefficient, ECC) değeri 0,001'den daha az ve Çeşitlilik Kazancı (Diversity Gain, DG) değeri 9,995'ten daha fazla olduğu görülmüştür. Toprak yüzeyde uygulanan dambıl şekilli TYHR KZY'den dolayı önerilen yapıda arka lob seviyesinde artış görülmüştür.

Abstract:
The rapid development of wireless communication systems in recent years and the fact that Multiple Input Multiple Output (MIMO) antenna systems offer the most suitable solution to this technology due to their fast, wide bandwidth and high channel capacity features have increased the importance of MIMO antenna systems. In MIMO antenna systems, placing the radiating elements close to each other causes mutual coupling (MC), the effects of the electromagnetic waves emitted from the radiating elements into the space and the surface wave currents emitted from the radiating elements placed on the same surface. MC causes negative effects on the performance and bandwidth of MIMO antenna systems. Therefore, MC is undesirable in MIMO antenna systems and a sufficient level of isolation is required.
In this thesis study, a 2-element dual-band MIMO antenna design operating at 3.5 GHz and 5 GHz resonance frequencies with ARLON AD300 material and dimensions of 57×66×1.524 mm3 has been proposed. The dielectric constant (εr) of the dielectric material used is 3 and the loss tangent (tanδ) is 0.003. In the proposed dual-band MIMO antenna design, a strip parasitic structure is applied on the front surface of the antenna and a dumbbell-shaped Complementary Split Ring Resonator (CSRR) Defective Ground Structures (DGSs) is applied on the antenna ground surface to reduce MC. With the applied method, more than 11 dB improvement in isolation was achieved in the low frequency band and more than 12 dB in the high frequency band. The S21 level in both frequency bands has been reduced to less than 30 dB. In the proposed MIMO antenna design, it was observed that the ECC (Envelope Correlation Coefficient) value was less than 0.001 and the DG (Diversity Gain) value was more than 9.995 in both frequency bands. Due to the dumbbell-shaped CSRR DGS applied on the ground surface, an increase in the level of the back lobe was observed in the proposed structure.