RF Enerji Hasatlama Devreleri için 915 MHz Taşıyıcı Frekansında Mikroşerit Anten Tasarımı ve Gerçekleştirilmesi
Design and Implementation of Microstrip Antenna at 915 MHz Carrier Frequency for RF Energy Harvesting Circuits
Yazar: HUSSEIN YOUSEFALTURK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA CANSIZ
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekn. Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
RF enerji hasatlama sistemleri günümüzde alternatif bir enerji kaynağı olarak adlandırılmakta ve ortamda bulunan mevcut elektromanyetik enerjinin kullanılmasını hedeflemektedir. RF enerji hasatlama sistemleri, düşük güç tüketimine sahip cihazlar için etkili bir çözüm olarak ortaya çıkmaktadır. Bu enerji hasatlama sistemlerinin amaçlarından biri, düşük güç tüketimine sahip haberleşme sistemleri (ZigBee teknolojileri ve kablosuz sensör ağları) ile birlikte kullanılıp batarya ömrünü uzatmaktır. RF enerji hasatlama sistemi; anten, empedans uyumlandırma, RF doğrultucu devresi, DC filtre devresi ve yükten oluşur. RF enerji hasatlama devresinde kullanılan anten ortamdaki elektrik alan şiddetini gerilim farkına dönüştüren bir elemandır. Doğrultucu bölümü antenden gelen RF sinyali doğrultur ve kondansatör ile regüle eder. Böylece RF sinyalini DC sinyale dönüştürmüş olur. Genellikle RF enerji hasatlama devresinin doğrultucu çıkışındaki DC gerilim seviyesi düşük değerli olmaktadır. Hasatlama devresinin gerilim katlayıcı bölümü bu düşük DC gerilim seviyesini daha yüksek değerli DC gerilim seviyesine çıkarmakta kullanılır. Bu tez çalışmasında; 915 MHz taşıyıcı frekansında ve 200 MHz band genişliğinde elektromanyetik yapıları sonlu elemanlar yöntemi ile çözen program olan ANSYS HFSS yardımıyla bir mikroşerit anten modeli tasarlanmıştır. Daha sonra tasarlanan mikroşerit antenin boyutları değiştirilerek en iyi sonuçlar elde edildikten sonra başarılı olarak tasarlanan mikroşerit anten imal edilmiştir. Son adımda vektör network analizör cihazı ile ölçümleri alınarak çıkış karakteristikleri değerlendirilmiştir. Sonuç olarak, tasarlamış olduğumuz mikroşerit anten başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir. Ayrıca, mikroşerit antenin ölçüm ve simülasyon sonuçlarının uyumlu olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
Nowadays, the RF energy harvesting systems can be named as one of the novel alternative energy source which aims to use the electromagnetic energy in the ambient environment. RF energy harvesting systems are seen as an effective solution method for low power consumption circuits. These energy harvesting systems can be used with low power consumption communication system (ZigBee and wireless sensors) to extend the battery life. RF energy harvesting system consists of an antenna, impedance matching, RF rectifier circuit, DC filter circuit and load. The antenna used in the RF energy harvesting circuit is a component that converts the electrical field strength in the ambient environment into a voltage difference. The rectifier section rectifies the RF signals obtaining from the antenna and regulates them with a capacitor. Thus, it converts the RF signal to DC signal. Generally, the DC voltage level at the rectifier output of the RF energy harvesting circuit is low. For that reason, the voltage multiplier part of the harvesting circuit is used to increase this low DC voltage level to a higher DC voltage level. In this thesis study; a patch antenna model is designed with the help of ANSYS HFSS, a program that solves electromagnetic structures with the finite element method at 915 MHz carrier frequency and 200 MHz bandwidth. Then, after the best results were obtained by changing the dimensions of the designed microstrip antenna, the successfully designed patch antenna was manufactured. In the last step, the output characteristics were evaluated by taking measurements with a vector network analyzer device. As a result, the microstrip antenna we designed has been successfully fabricated. Furthermore, it has been determined that the simulation and measurement results are compatible.