5. nesil haberleşme sistemleri için mımo anten tasarımı
Mimo antenna design for 5th generation communications
Yazar: KUTAY CÜNERAY
Danışman: PROF. DR. NURSEL AKÇAM ; DR. TAYFUN OKAN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektromanyetik Alanlar ve Mikrodalga Tekniği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: 5G = Five-Generation Wireless Telephone Technology ; Mikroşerit antenler = Microstrip antennas

Özet:
Bu çalışmada yeni nesil haberleşme sistemi olan beşinci nesil (Fifth Generation - 5G) uygulamalarında kullanılmak üzere 4 elemanlı çift bantlı çoklu-giriş çoklu-çıkış (Multiple-In, Multiple-Out - MIMO) bir anten önerilmiştir. Önerilen Anten Rogers RT5880 laminantı kullanılarak 60 x 60 x 0,508 mm3 (5.6λ0 x 5.6λ0 x 0.047λ0, λ0 en büyük dalga boyudur) boyutlarında tasarlanmıştır. Anten elemanları Hilal desenine sahip olmasıyla birlikte yarık açma, iç besleme (inset fed), çıkıntı ve kusurlu zemin yapısı (Defected Ground Structure - DGS) yöntemleri kullanılarak MIMO anten performansı arttırılmıştır. Önerilen MIMO anten 27.54 - 30.54 GHz ve 37.73 - 38.93 GHz frekans bantlarında 5G iletişim aralıklarında iletişim gerçekleştirmekte olup 28 GHz frekans bandı için 3 GHz, 38 GHz frekans bandında 1.2 GHz 'lık bant genişliğine sahiptir. Önerilen 4 elemanlı MIMO Antenin, antenler arasında 30 dB'den büyük bir izolasyon ile 28 GHz'de %99,5 ve 38 GHz'de %71'lik bir verimlilik sunmaktadır. Ayrıca bu antenin 28 GHz, 33 GHz ve 38 GHz' deki maksimum kazançları sırasıyla 8.38 dB, 7.03 dB ve 8.69 dB olarak elde edilmiştir. Anten, önemli MIMO parametreleri olan çeşitlilik kazancı (Diversity Gain - DG), zarf korelasyon katsayısı (Envelope Correlation Coefficient - ECC), toplam aktif yansıma katsayısı (Total Active Reflection Coefficient - TARC), ortalama etkin kazanç (Average Effective Gain - MEG) ve kanal kapasite kaybı (Channel Capacity Loss - CCL) açısından da incelenmiştir. Önerilen MIMO antenin, DG değeri 9.982'den büyük, ECC değeri 0.0035'ten daha düşük, TARC değeri -15 dBi 'in üzerinde, -3 dB'den düşük MEG oranı ve 0.4 bit/s/Hz 'den çok daha düşük CCL değerlerine sahip olması ile özellikle 5G uygulamaları için uygun standartlara sahip olduğu tespit edilmiştir.

Abstract:
In this study, a 4-element dual-band Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) antenna is proposed to be used in Fifth Generation (5G) applications, which is a new generation communication system. The proposed antenna is designed using Rogers RT5880 laminate with dimensions of 60 x 60 x 0.508 mm3 (5.6λ0 x 5.6λ0 x 0.047λ0, λ0 is the highest wavelength) MIMO antenna performance is increased by using slots, inset fed, protrusion and Defected Ground Structure (DGS) methods. The proposed MIMO antenna communicates in the 27.54 - 30.54 GHz and 37.73 - 38.93 GHz frequency band 5G communication ranges and has a 3 GHz bandwidth for the 28 GHz frequency band and 1.2 GHz for the 38 GHz frequency band. The proposed 4 - element MIMO Antenna offers an efficiency of 99.5% at 28 GHz and 71% at 38 GHz, with greater than 30 dB isolation between antennas. Also, the maximum gains of this antenna at 28 GHz, 33 GHz and 38 GHz are presented as 8.38 dB, 7.03 dB and 8.69 dB, respectively. The antenna is also evaluated for Diversity Gain (DG), Envelope Correlation Coefficient (ECC), Total Active Reflection Coefficient (TARC), Average Effective Gain (MEG), and Channel Capacity Loss (CCL), which are important MIMO parameters. It has been determined that the MIMO antenna has suitable standards especially for 5G applications, DG greater than 9.982, ECC less than 0.0035, TARC above -15 dBi, MEG rate less than -3 dB, and CCL values much lower than 0.4 bit/s/Hz.