Giyilebilir uygulamalar için çift bant çoklu giriş çoklu çıkış tekstil anten tasarımı
Dual band multiple input multiple output textile antenna design for wearable applications
Yazar: SAFİYE KARAGÖZ
Danışman: DOÇ. DR. SIDDIK CUMHUR BAŞARAN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Çoklu Giriş – Çoklu Çıkış (MIMO) anten teknolojisi bize hem alıcı hem de verici uçlarında birden fazla radyatörü bulunan bir anten yapısını ifade etmektedir. Söz konusu anten kablosuz iletişim sistemlerinde veri hızını artırmak için, çok yollu bir ortamda aynı bant genişliğini işgal eden birden fazla kanal elde edecek şekilde tasarlanmıştır. Çoklu Giriş Çoklu Çıkış anten teknolojisiyle ilgili ana dezavantaj ışıma elemanları arasında meydana gelen kuplajdır. Işıma elemanları arasındaki kuplajın yüksek olması durumunda, Çoklu Giriş Çoklu Çıkış anten sistemi yalnızca bir anten dizisi görevi görür. Bu nedenle, bu teknolojinin faydalarından yararlanmak için ışıma elemanları arasında güçlü bir dekuplaj sağlanmalıdır.
Bu tezin temel amacı, WLAN ve 5G uygulamaları için giyilebilir çift bantlı basılı Çoklu Giriş – Çoklu Çıkış tekstil anten geometrisini araştırmak ve uygulamaktır. Anten performans karakteristikleri; saçılma parametreleri, zarf korelasyon katsayısı (ECC), çeşitlilik kazancı (DG), anten verimliliği, anten tepe kazancı ve anten ışıma modelleri bakımından rapor edilmiştir.
Bu tez çalışmasında, iç içe yerleştirilmiş spiral halka şekildeki rezonatörün ayna görüntüsü alınarak oluşturulan iki anten elemanından, her iki antenin tam bir toprak yapısı üzerine yerleştirilmiş L-şekilli yarıktan ve anten ışıma elemanları arasında güçlü bir dekuplaj sağlamak için toprak yapısını tam ortasından ikiye  kesen dikey bir yarıktan oluşan Çoklu Giriş Çoklu Çıkış tekstil anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Önerilen antenin performansını iyileştirmek adına sayısal analize dayalı parametrik bir araştırma yürütülmüştür. Antenin deneysel bulguları, HFSS (High Frequency Structure Simulator) ve CST (Computer Simulation Technology) simülasyon programlarından eş zamanlı olarak elde edilen sayısal sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Söz konusu anten giyilebilir tekstil uygulamaları için 5G (4.80 - 5.00 GHz) ve WLAN (5.75 - 5.85 GHz) frekans bantlarında çift bant çalışan 2×2 Çoklu Giriş Çoklu Çıkış anten olarak tasarlanmıştır. Antenin elde edilmesi yönünde ilk olarak 5G (4.80 - 5.00 GHz) ve WLAN (5.75  5.85 GHz) frekans bantlarında çift bant çalışan tekli anten yapısının optimum tasarımı gerçekleştirilmiştir. Anten rezonatörü ve toprak kısmının üretimi için bakır ve nikel kaplama naylondan yapılmış dokuma iletken kumaş kullanılması planlanmıştır. Anten üretilmiştir ancak, bilinen en hassas kesim tekniği olan zünd mekanik kesim yapılmasına rağmen radyatör kısmında kısa ve açık devreler oluşması nedeniyle elektromanyetik ölçümleri alınamamıştır.

Abstract:
Multiple Input - Multiple Output (MIMO) antenna technology refers to an antenna structure that has more than one radiator at both the receiving and transmitting ends. The antenna in question is designed to obtain multiple channels occupying the same bandwidth in a multipath environment, in order to increase the data rate in wireless communication systems. The main disadvantage with Multiple Input - Multiple Output antenna technology is the coupling that occurs between the radiating elements. If the coupling between the radiating elements is high, the Multiple Input - Multiple Output antenna system only acts as an antenna array. Therefore, a strong decoupling between the radiating elements must be provided to reap the benefits of this technology.
The main aim of this thesis is to investigate and apply wearable dual band printed Multiple Input - Multiple Output textile antenna geometry for WLAN and 5G applications. Antenna performance characteristics; scattering parameters are reported in terms of envelope correlation coefficient (ECC), diversity gain (DG), antenna efficiency, antenna peak gain and antenna radiation patterns.
In this thesis, two antenna elements formed by mirroring the nested spiral ring-shaped resonator, an L-shaped slit placed on a complete ground structure of both antennas, and a vertical beam that cuts the ground structure in half to provide strong decoupling between the antenna radiation elements are presented. Multiple Input - Multiple Output textile antenna design consisting of slits has been realized. In order to improve the performance of the proposed antenna, a parametric study based on numerical analysis was conducted. The experimental findings of the antenna were compared with the numerical results obtained simultaneously from HFSS (High Frequency Structure Simulator) and CST (Computer Simulation Technology) simulation programs. The antenna in question is designed as a dual-band 2×2 Multiple Input - Multiple Output antenna operating in the 5G (4.80 - 5.00 GHz) and WLAN (5.75 - 5.85 GHz) frequency bands for wearable textile applications. In order to obtain the Antenna, the optimum design of the dual-band single antenna structure was carried out first in the 5G (4.80 - 5.00 GHz) and WLAN (5.75 - 5.85 GHz) frequency bands. It is planned to use a woven conductive fabric made of copper and nickel-plated nylon for the manufacture of the antenna resonator and the ground part. The antenna was produced, but electromagnetic measurements could not be taken due to the formation of short and open circuits in the radiator part, despite the zünd mechanical cutting, which is the most precise cutting technique known.