Mikroşerit antenlerde eş düzlemsel yapı parametrelerinin anten performansına etkilerinin incelenmesi
Investigation of the effect on antenna performance parameters of the co-planar structure on microstrip antennas
Yazar: ORHAN ARMAĞAN
Danışman: DOÇ. DR. MESUD KAHRİMAN
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tez çalışmasında ISM bandı 2,45GHz çalışma frekansı civarında kare ve dairesel geometrilere sahip farklı boyutlardaki mikroşerit yama antenlerde eş düzlemsel yapı eklenmesinin S11, kazanç, bant genişliği, HPBW gibi anten performans parametrelerine etkileri incelenmiştir. Bu incelemeler sonrasında kare mikroşerit yama anten için elde edilen S11 ile kazanç değerleri kullanılarak yapay sinir ağıları elde edilmiştir.  S11 ve anten kazancı tespiti için yapay sinir ağları kullanan bir arayüz programı oluşturulmuştur. 

Bu incelemelerde HFSS Simülasyon programı kullanıldı ve farklı aşamalarda kare ve dairesel geometriler için 2,45GHz çalışma frekansı merkez kabul edilerek, parametrik boyutlandırma yapılmış mikroşerit yama antenler için, S11 yansıma katsayısı ve kazanç değerleri kaydedilmiştir. Daha sonra tüm bu parametrik boyutlu antenler için eşdüzlemsel yapı eklenmiş ve bu yapının parametrik kalınlık değerleri için S11 ile toplam kazanç değerleri elde edilmiştir. Çerçeveli ve çerçevesiz antenler için elde edilen bu değerlerin eş düzlemsel çerçeve yapı genişliği olan cp değerine göre grafikleri çizdirilerek eş düzlemsel yapının S11, bant genişliği, kazanç, hüzme genişliği gibi değerleri üzerine etkileri incelenmiştir. 

Buna göre 113x118mm boyutundaki eş düzlemsel yapı bulunmayan mikroşerit kare yama antende S11 -16,46dB, kazanç 0,308dBi ve HPBW 55,51 derece elde edilmiştir. Antene boyutları değiştirilmeden eşdüzlemsel çerçeve yapı eklenerek tekrar bakıldığında S11 -24,21dB, kazanç 0,704dBi, HPBW 52,00 derece elde edilmiştir. Bu değerlerden anlaşılacağı gibi antene eşdüzlemsel yapı eklenmesinin anten parametrelerinden en büyük kazanç değerinde büyüme, S11 ve HPBW değerlerinde küçülme gözlenmiştir. Buradan; antenin boyutlarını marjinal şekilde değiştirmeden eşdüzlemsel çerçeve yapı eklemenin, antenin güç ışıma örüntüsü üzerinde yönlülüğünü ve kazancını arttırdığı, S11 değerini azalttığı gözlenmiştir. Benzer olumlu etkinin farklı anten boyutlarında ve geometrilerinde gözlenmiştir.

Abstract:
In this thesis study, coplanar structure was added to microstrip patch antennas of different sizes with square and circular geometries around ISM band 2.45GHz operating frequency. The effects of this structure on antenna performance parameters such as S11, gain, bandwidth, HPBW were investigated. After, artificial neural networks were obtained by using the S11 and gain values obtained for the square patch antenna, and An interface program using artificial neural networks was created for S11 and antenna gain detection.

In these studies, HFSS Simulation program was used and S11 reflection coefficient and gain values were obtained for microstrip patch antennas with square and circular geometries. Later, a coplanar structure was added to these antennas and S11 and gain values were obtained for different width values of this structure. Gain and s11 graphs were drawn according to the cp value, which is the width of the coplanar structure. Thus, the effects of coplanar structure onsuch as S11, bandwidth, gain, and beamwidth values were investigated.

As a result, S11; -16,46dB, gain; 0,308dBi and HPBW; 55,51 degrees were obtained in 113x118mm microstrip square patch antenna without coplanar structure. S11; -24,21dB, gain; 0,704dBi, HPBW 52,00 degrees were obtained. As can be understood from these values, the addition of a coplanar structure to the antenna showed an increase in the maximum gain value, and a decrease in the S11 and HPBW values. As can be understood from these values, the addition of a coplanar structure to the antenna showed an increase in the maximum gain value, and a decrease in the S11 and HPBW values. From here; It has been observed that adding a coplanar frame structure without marginally changing the dimensions of the antenna increases the gain of the antenna and decreases the S11 value. A similar positive effect was observed in different antenna sizes and geometries.