Yüksek kazançlı mikroşerit antenlerin hfss ile modellenmesi ve tasarımı
Modeling and design of high gain microstrip antennas with hfss
Yazar: İSA ATAŞ
Danışman: PROF. DR. TAHMURAZ ABBASOV
İnönü Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Mikroşerit antenler = Microstrip antennas

Özet:
Yeni nesil haberleşme ağlarındaki çoklu iletişim ve kapsama alanının genişlemesi yüksek kazançlı anten modellerine olan gereksinimi artırmıştır. Uzay ve uydu teknolojileri, radar sistemleri, kablosuz haberleşme ve nesnelerin interneti (IoT) gibi uygulamalarda çoğunlukla mikroşerit antenler tercih edilmektedir. Mikroşerit antenlerde yaşanan düşük kazanç ve dar bant genişliği problemi, özel yalıtkan malzeme seçimi ve geometrik yapının eniyilemesi ile çözülebilmektedir.

Bu tez çalışmasında mikroşerit antenin genel yapısı, özellikleri, besleme ve analiz yöntemleri incelenmiştir.  Bunun için modelleme ve tasarım adımlarında, elektromanyetik yapıları sonlu elemanlar yöntemi ile çözen ve aynı zamanda ticari bir yazılım olan ANSYS HFSS (v.15) kullanılmıştır. Bu bağlamda, GSM 1800, WLAN, Wi-MAX, ISM 5.8 ve X bant teknolojilerini destekleyen, yüksek kazançlı mikroşerit anten tasarımları üzerinde durulmuştur. Rogers, RT Duroid, FR4 gibi farklı dielektrik malzemeler seçilmiş ve mikroşerit antenin geometrik yapısı (parazitik yama ekleme, oluk açma ve dizi elemanları oluşturma) üzerinde değişikliklere gidilerek yüksek kazanç elde edilmeye çalışılmıştır.

HFSS ile tasarım modelleri tamamlanan örnek antenlerin prototipleri üretilmiş ve sonra bu prototiplerin vektör ağ analizör cihazı ile ölçümleri alınarak çıkış karakteristikleri değerlendirilmiştir. Söz konusu antenlerin ölçüm ve benzetim sonuçlarının uyumlu ve karşılaştırılabilir olduğu gözlemlenmiştir.

Abstract:
The expansion of multiple communications and coverage in the new generation of communication networks has increased the need for high-gain antenna models. Microstrip antennas are mostly preferred for applications such as space and satellite technologies, radar systems, wireless communication and Internet of Things (IoT). The problem of low gain and narrow bandwidth in microstrip antennas can be solved by selecting special insulating materials and optimizing the geometric structure.

In this thesis, general structure, properties, feeding and analysis methods of microstrip antenna have been investigated in order to obtain high gain. For this purpose, ANSYS HFSS (v.15) which is a commercial software that solves electromagnetic structures by finite element method was used in modeling and design steps. In this context, high gain microstrip antenna designs supporting GSM 1800, WLAN, Wi-MAX, ISM 5.8 and X band technologies were focused on. Different dielectric materials such as Rogers, RT Duroid, FR4 were selected and the geometric structure of the microstrip antenna (parasitic patch insertion, grooving and array elements) were studied to achieve high gain.

The prototypes of the sample antennas, whose design models were completed with HFSS, were produced and then the prototypes were measured with vector network analyzer and their output characteristics were evaluated. It was observed that the measurement and simulation results of these antennas were compatible and comparable.