Bir mikrodalga antenin ışıma ana hüzmesinin ayarlı bir toprak düzlemiyle yönlendirilmesi
Directing main radiation pattern of a microwave antenna by using reconfigurated ground plane
Yazar: SERKAN YILDIZ
Danışman: DOÇ. DR. CEVDET IŞIK
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Demet şekillendirme = Beam shaping ; Hücresel iletişim sistemleri = Cellular communication systems

Özet:
Bu tezde, GSM 1800MHz ve UMTS 2000MHz bandında çalışmaya uygun, hüzmeyönlendirmeli bir düzlemsel monopol anten tasarımı, benzetimi ve testlerianlatılmıştır. Son yıllarda hüzme yönlendirmeli anten sistemlerine yönelikçalışmalar artmıştır. Bunda, kablosuz haberleşme sistemlerindeki artan veri hızıtalepleri ve kullanıcı sayısı etkili olmuştur. Akıllı anten sistemleri veya uyarlanabiliranten dizilerinin GSM baz istasyonlarında kullanımı önerilmiştir. Fakat bu çokyaygınlaşmamıştır. Zira sistemi kurmak yüksek bir maliyet gerektirir. GSMşebekelerinde yanyana olan hücrelerdeki girişimi azaltmak için eğim vermemekanizmaları kullanılmaktadır. Bu eğim verme mekanizmaları elektriksel vemekanik eğim verme olarak ikiye ayrılır. Antenin yatay veya düşey düzlemdekiışıma örüntüsüne etkiyerek, hücrenin kapsama alanı değiştirilir. Fakat bumekanizmaların sunduğu hareket kabiliyeti sınırlıdır. Özellikle kullanıcı trafiğiyoğunluğunun, hücre içerisinde gün içerisinde belli saatlerde değiştiği durumlarda,antenin yayın yönünü veya kapsama alanını değiştirmek, GSM sisteminin etkinkapasite kullanımını artıracaktır.Bu amaçla geliştirdiğimiz anten, yeniden yapılandırılabilir bir yapıdadır. Monopolantenin toprak plakasının dinamik olarak değişiminin kontrol edilmesiyle, hüzmeninyatayda yönlendiğini gösterilmiştir. Çalışmada antenin tasarımı (i), ANSOFT HFSSyazılımı ile benzetimi (ii) ve laboratuar ölçümleri (iii) gösterilmiştir. Antenin tek biryapılandırma için test sonuçları verilmiştir. Benzetim sonuçları ile anteninhüzmesinin yatayda 360 derece çevrilebildiği gösterilmiştir. Benzetim sonuçları veölçüm sonuçları büyük oranda uyuşmaktadır. İlerdeki bir çalışma olarak geliştirilenantenin toprak plakasının dinamik olarak değiştirilmesi ile bu antenin ışımaörüntüsünün 360 derece çevrilebileceğini, test sonuçları destekler niteliktedir.Antenin kazancı 1.7GHz-2.3GHz bandında 5-7dB arasında olup yatayda ve düşeydeneredeyse değişmezdir. Antenin ışımasının maksimum olduğu doğrultu yatayla 40derece civarı bir açı yapmaktadır bu durum antenin baz istasyonu kulesinde uygunkunumlandırıldığında gücün hepsini sahaya verebilmesi ve diğer yönlere gereksizyayınım yapmamasını sağlayacaktır.

Abstract:
In this thesis, a new, reconfigurable, beam scanning planar monopole antennadesigns are introduced for use in GSM 1800MHz and UMTS 2000MHz mobilecommunication systems as base station antennas. In last decades beamformingantenna systems are deeply studied by many researchers. It is a result of increasingdemand on data rate and subscribers counts. Smart antenna systems or adaptivearray antennas are suggested for usage in GSM base stations. Even it can be acomplete solution for this challenges, it hasn?t become widespread cause of its highcost. Several tilting mechanisms are used for decreasing interferences betweenadcesent GSM cells. Tilting mechanisms are divided two sections as electrical tiltingand mechanical tilting. These mechanisms are based on affecting antennashorizontal and azimuth radiation patterns and changing their coverages. But thesemechanisms mobility is limited. Especially the case of changing subscribers trafficdensity in specific hours of a day, controlling antennas radiation direction willincrease the usage of capacity of a GSM cell.The antenna which is designed for this propose has reconfigurable structure. It isdemonstrated that with reconfigurating monopole antennas ground plane changethe antenna horizontal radiation pattern in demanded direction. In this study, theantenna design (i), simulation results with using ANSOFT HFSS software (ii) andlaboratory tests (iii) are introduced. The test result is given a one configuration of theantenna. Simulation results show the antenna horizontal radiation pattern can berotate 360 degrees. As a future work, with adding to moving mechanism to theantenna ground plane can make possible rotation of horizontal radiation pattern. Theantenna gain in 1.7GHz-2.3GHz frequency band is between 5-7dB and almost stablein horizontal and vertical plane. The antenna maksimum radiation direction hasalmost 40 degrees angle with horizontal plane. That shows if the antenna is placed inan appropriate position on a base station tower, all radiation of antenna can get tothe ground and almost any power isn?t wasted.