5G haberleşme teknolojisi için mikroşerit yama anten tasarımı
Microstrip patch antenna design for 5G communication technology
Yazar: MURAT DEMİRCİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SEDA ERMİŞ
Osmaniye Korkut Ata Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde 5G teknolojisi için 28 GHz ve 38 GHz frekanslarında birçok Dikdörtgen Mikroşerit Anten (DMŞA) tasarım ve benzetimi yapılmıştır. Bütün tasarımlar 3 boyutlu bir elektromanyetik benzetim programı olan ANSYS HFSS (High-Frequency Structure Simulator) yazılımı kullanılarak oluşturulmuş ve benzetim gerçekleştirilmiştir. İçeriden temassız ve yakınlık kuplajlı besleme yöntemi kullanılarak 28 GHz tek DMŞA, 28/38 GHz çift bantlı DMŞA ve dizi DMŞA tasarımları yapılmıştır. İlaveten, bu tasarımların toprak yüzeyine Halka, Çubuk, Halka/Çubuk şeklinde yarıklar açılarak ya da parazit yama elemanı anten yapısına eklenerek DMŞA tasarımlarının bant genişliği arttırılmıştır. Simülasyon sonuçları literatürdeki benzer çalışmalarla karşılaştırılmış olup, 28 GHz tek DMŞA, 28/38 GHz DMŞA ve dizi DMŞA tasarımlarında bant genişliği, kazanç, geri dönüş kaybı gibi anten parametrelerinin iyileştirildiği gözlemlenmiştir. 28/38 GHz çift bantlı tek DMŞA tasarımları literatürde bulunan ve referans alınan bazı çalışmalara göre daha düşük bant genişliğine sahip olsa da çift frekans için yüksek kazançlara sahiptir. İçeriden temassız besleme yöntemi kullanılarak çeşitli BTY(Bozulmuş toprak yüzeyi) yapılarına sahip birçok 1×2 dizi DMŞA tasarımı yapılmıştır. Bu tasarımlar arasından Halka/Çubuk şeklinde BTY'e sahip yığın 1×2 dizi DMŞA tasarımı 28 GHz için geniş bantta ve yüksek kazanca sahiptir. Tezdeki son tasarım olarak bozulmuş toprak yüzeyli içeriden temassız beslenen 1×4 dizi DMŞA yapısı oluşturulmuştur. Toprak yüzeyine halka şekillerinde kusurlar oluşturularak 28 GHz için 1×4 DMŞA dizisinin bant genişliği arttırılmıştır.

Abstract:
In this study, several Rectangular Microstrip Antennas (RMA) are designed and simulated for 5G technology at frequencies 28 and 38 GHz. All presented designs are constructed and simulated by using Ansys HFSS 3D electromagnetic (EM) simulation software. By using non-contacting insert feeding or proximity coupling technique, at 28 GHz single, 28/38 GHz dual-band single element and array type RMA designs are constructed. Moreover, the bandwidth of RMAs has been increased by slotting Rings, Rods, Rings/Rods on the ground surface, or adding a parasitic element to the antenna structure. Simulation results are compared with similar studies in the literature and from these comparisons, it has been seen that output antenna parameters such as bandwidth, gain, or return loss are improved very well for at 28 GHz single element and at 28/38 GHz array type RMA designs. Although the bandwidth for a single element at 28/38 GHz Dual Band RMA designs is not as high as some reference studies given in comparisons, RMA designs given in those studies have very low gain or high return loss which are not desired for a high-efficiency antenna. The several 1×2 array RMA designs with various DGS (Defected ground structure) structures have been designed using the a non-contacting feeding method. Among these designs, the stacked 1×2 array RMA design with Ring/Rod-shaped DGS was compared with reference antennas, and it was concluded that it had broadband and high gain for 28 GHz. As the last design in the thesis, non-contacting insert feeding array 1×4 RMA Structure with DGS was created. The bandwidth of the 1×4 RMA array for 28 GHz has been increased by creating ring-shaped defects on the ground surface.