5G milimetre dalga ekranlama uygulamaları için polarizasyon bağımsız açısal kararlı konformal frekans seçici yüzey tasarımları
Polarization independent angular stable conformal frequency selective surface designs for 5G millimeter wave shielding applications
Yazar: FEHMİ SANDIKÇI
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ NİGAR BERNA TEŞNELİ
Sakarya Uygulamalı Bilimler Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Elektromanyetik ekranlama = Electromagnetic shielding

Özet:
Bu tez kapsamında; özgün olarak geliştirilen tek bant frekans seçici yüzey (FSY) (Tasarım-1 ve Tasarım-3), çift bant FSY (Tasarım-2) ve geniş bant FSY (Tasarım-4) tasarımları yapılarak, günümüzde yaygın olarak kullanılması planlanan beşinci nesil (5G) kablosuz haberleşme sistemlerinin neden olacağı elektromanyetik girişimi (EMI) engellemek için kullanılabilirliği incelenmiştir.
İlk olarak, Computer Simulation Technology Microwave (CST MW) Studio benzetim programı ile geliştirilen, 5G teknolojisinin kullanılacağı milimetre dalga (mm-dalga) frekans bantlarında çalışan FSY tasarımlarının saçılma parametreleri incelenerek istenen frekans davranışı olan bant durduran filtre davranışı göstermesi sağlanmıştır. Daha sonra, eşdeğre devre modeli ile bu tasarımların hem çalışma mekanizması daha iyi anlaşılmış hem de Keysight Technology Advance Design Systems (ADS) programı kullanılarak elde edilen benzetim sonuçları ile doğrulaması yapılmıştır. Son olarak FSY'lerin prototipleri üretilerek normal ve konformal FSY'ler için iletim katsayısı ölçümleri yapılmış, böylece CST MW Studio benzetimleri ve eşdeğer devre modeli ile elde edilen sonuçlar ölçümlerle desteklenmiştir. Tasarlanan FSY'ler için, FSY'ler için en önemli özellikler arasında sayılan polarizasyon bağımsızlığı, eğik geliş açılarında yüksek açısal kararlılık ve ekranlama etkinliği incelenmiş ve benzetim sonuçları ile ölçüm sonuçların birbirine yakın olduğu görülmüştür. 
Sonuç olarak; 5G mm-dalga frekans aralığındaki, 26 GHz bandı (n258) için geliştirilen Tasarım-1 ve Tasarım-3, sırasıyla 26.11 GHz ve 26.02 GHz rezonans frekansına, 8.51 GHz (21.68-30.19 GHz) ve 7.43 GHz (21.96-29.39 GHz) bant genişliklerine, 80°'ye kadar %4'den ve %1.8'den küçük frekans değişimleri ile açısal kararlılığa, 49.8 dB ve 50 dB ekranlama etkinliğine, 24.25-40.00 GHz aralığındaki tüm bantlar (n257, n258, n260) için geliştirilen Tasarım-2, 28.07 GHz ve 40.25 GHz rezonans frekanslarına, sırasıyla 7.20 GHz (23.18-30.38 GHz) ve 8.69 GHz (36.60-45.29 GHz) bant genişliklerine, 60°'ye kadar %2.7'den ve %4'den küçük frekans değişimleri ile açısal kararlılığa, 45.44 dB ve 46.76 dB ekranlama etkinliğine, Tasarım-4 ise, 24.45 GHz ile 38.22 GHz rezonans frekanslarına ve 20.44 GHz (23.76-44.20 GHz) bant genişliğine, 80°'ye kadar %1.72'den küçük frekans değişimleri ile açısal kararlılığa, 40.49 dB ekranlama etkinliğine sahiptir. Bunlara ek olarak tüm tasarımlar 170° veya 180° bükülü durumda kararlı frekans tepkisine sahiptir.

Abstract:
Within the scope of this thesis, the use of originally developed single-band frequency selective surface (FSS) (Design-1 and Design-3), dual-band FSS (Design-2) and wideband FSS (Design-4) designs to mitigate or eliminate the electromagnetic interference (EMI) effects caused by fifth generation (5G) communication technology, which is widely planned to be used in the near future, has been investigated.
First, the scattering parameters (reflection and transmission characteristics) of FSS designs operating in millimeter-wave frequency bands utilized by 5G technologies were analyzed using the Computer Simulation Technology Microwave (CST MW) Studio simulation program. This analysis ensured that the designs exhibit the desired frequency behavior, as bandstop filter. Afterwards, the working mechanism of these designs was better understood with the equivalent circuit model and they were verified with the simulation results obtained using the Keysight Technology Advance Design Systems (ADS) program. Finally, prototypes of FSSs were manufactured and transmission coefficient measurements were performed for normal and conformal FSSs, thus  results  obtained by CST simulations and equivalent circuit model were validated by measurements. For the designed FSSs, polarization independence, high angular stability at oblique incidence angles and shielding effectiveness, which are accepted as the most important features for FSSs, were investigated and a good agreement between the simulation and measurement results was observed.
In summary, Design-1 and Design-3 developed for the 26 GHz band (n258) in the 5G mmwave frequency range has a resonant frequency of 26.11 GHz and a bandwidth of 8.51 GHz (21.68-30.19 GHz) and 26.02 GHz and a bandwidth of 7.43 GHz (21.96-29.39 GHz) respectively, Design-2 developed for all bands in the 24.25-40.00 GHz range (n257, n258, n260) has resonant frequencies of 28.07 GHz and 40.25 GHz and bandwidths of 7.20 GHz (23.18-30.38 GHz) and 8.69 GHz (36.60-45.29 GHz), respectively, and Design-4 developed for all bands in the 24.25-40.00 GHz range (n257, n258, n260) has resonant frequencies of 24.45 GHz and 38.22 GHz and bandwidth of 20.44 GHz (23.76-44.20 GHz). Additionally, all designs have stable frequency response with their 170° or 180° bended forms.