Dairesel polarizasyonlu V2X anten tasarımı, üretimi ve ölçümü
Circular polarization V2X antenna design, production and measurement
Yazar: HÜSEYİN OKTAY
Danışman: DOÇ. DR. BİLAL TÜTÜNCÜ
Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu araştırma kapsamında, "Araçtan Her Şeye" (V2X) kavramı altında araçların birbirleriyle, altyapı ve diğer nesnelerle iletişim kurmasını sağlayan kablosuz haberleşme standardı için yeni bir çift bant mikroşerit anten tasarım, simülasyon ve ölçümleri gerçekleştirilmiştir. Bu anten, WLAN uygulamalarında kullanılan 2.45 GHz ve DSRC (Dedicated Short Range Communications - Ayrılmış Kısa Menzilli İletişim) bandında yer alan 5.9 GHz çalışma frekanslarını kapsamaktadır. 
Önerilen anten, dairesel polarizasyon özelliklerine sahip olup, yüksek kazanç ve verimlilik elde etmek amacıyla detaylı parametrik çalışmalar ve simülasyon süreçleri CST Studio Suite programı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Tasarım dört aşamada tamamlanmış olup her aşamada S11 (yansıma kaybı) eğrileri ayrı ayrı simüle edilerek çalışma frekansları ve bant genişliği gösterilmiştir. Önerilen antende kullanılan alttaş malzemenin kalınlığının anten performansına etkisini incelemek için beş farklı kalınlık değeriyle ayrı ayrı tasarımlar gerçekleştirilmiş ve sonuçlar analiz edilmiştir. Kalınlık değeri 1.6 mm'ye ulaştığında optimum performans elde edildiği gözlemlenmiştir. Ayrıca, dielektrik katsayısı analizi için FR4, Arlon AD250C, Rogers Ro3003 ve Aluminum Nitride olmak üzere dört farklı alttaş malzemeleri değerlendirilmiş ve bu dört malzeme arasından 4.3 elektriksel geçirgenlik ve 1.6 mm kalınlığındaki FR4 'ün en iyi anten çalışma performansını sergilediği görülmüştür. Optimize çalışmaları sonucunda 2.45 GHz'de 6.77 dBi ve 5.9 GHz'de 10.7 dBi kazanç değerleri elde edilmiştir. Ek olarak eksenel oran eğrileri simülasyon çalışmalarıyla elde edilerek önerilen antenin dairesel polarize özelliği ispatlanmıştır. 
Son olarak bilgisayar ortamında tasarlanan yapının simülasyon sonuçlarını doğrulamak için antenin üretimi yapılmış ve RF/Mikrodalga laboratuvar ortamında kazanç ve saçılma parametre ölçümleri gerçekleştirilmiş ve ölçüm sonuçlarının simülasyon sonuçları ile büyük oranda paralellik gösterdiği görülmüştür.

Abstract:
In this study, a new dual-band microstrip antenna design, simulation and measurements have been conducted for the wireless communication standard enabling vehicles to communicate with each other, infrastructure, and other objects under the concept of Vehicle-to-Everything (V2X). This antenna covers the operating frequencies of 2.45 GHz used in WLAN applications and 5.9 GHz in the Dedicated Short Range Communications (DSRC) band.

The proposed antenna, possessing circular polarization characteristics, was meticulously designed to achieve high gain and efficiency through detailed parametric studies and simulation processes utilizing the CST Studio Suite program. The design was completed in four stages, with S11 (reflection loss) curves simulated separately in each stage to demonstrate the operating frequencies and bandwidths. To examine the effect of the substrate thickness used in the proposed antenna on antenna performance, designs were carried out with five different thickness values, and the results were analyzed. It was observed that optimum performance was achieved when the thickness reached 1.6 mm. Additionally, four different substrate materials including FR4, Arlon AD250C, Rogers Ro3003, and Aluminum Nitride were evaluated for dielectric constant analysis, and among these materials, FR4 with an electrical permeability of 4.3 and a thickness of 1.6 mm exhibited the best antenna performance. Through optimization studies, gain values of 6.77 dBi at 2.45 GHz and 10.7 dBi at 5.9 GHz were obtained. Furthermore, axial ratio curves were obtained through simulation studies, confirming the circular polarization feature of the proposed antenna.

Finally, to validate the simulation results of the computer-designed structure, the antenna was manufactured and gain and scattering parameter measurements were conducted in an RF/Microwave laboratory environment, revealing a significant parallelism between the measurement results and the simulation results.