Dikdörtgen mikroşerit antenler için bozulmuş toprak yüzeylerin elektriksel boyuta etkisinin parametrik olarak incelenmesi
Parametrical investigation for effects of defected ground planes on electrical sizes of rectangular microstrip antennas
Yazar: ELİF MERVE KÜÇÜKÖNER
Danışman: YRD. DOÇ. DR. EVREN EKMEKÇİ
Süleyman Demirel Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2016
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Mikroşerit antenler kablosuz sistemlerde yaygın olarak kullanılan düzlemsel antenlerdir. Kompakt, düşük profilli ve hafiftirler. Üretim süreçleri kolaydır ve maliyetleri azdır. Mikroşerit antenler diğer devrelere kolaylıkla entegre edilebilirler. Özel bir frekans için anten boyutları dielektrik sabitine ve taban malzemesinin kalınlığına bağlıdır. Bu antenler sınırlı kazanç ve bant genişliğine sahiptir. Birçok araştırmacı literatürde mikroşerit antenlerin performanslarını geliştirmek için çalışmıştır. 
Günümüzde mobil haberleşme sistemlerine gösterilen yüksek taleple birlikte elektriksel küçük sistemlerin tasarımı popüler bir araştırma konusu olmuştur. Minyatür bir sistem tasarımı için minyatür anten önemli bir ihtiyaçtır. Literatürde bu ihtiyacı karşılamak için pek çok elektriksel küçük anten tasarımı rapor edilmekle birlikte mobil sistemlere uygulanabilme kolaylığı nedeniyle bu çalışmaların pek çoğu düzlemsel antenler üzerinedir.
Bu tez kapsamında yapılmış olan çalışmalarda, toprak yüzeye yerleştirilmiş Tamamlayıcı Ayrık Halka Rezonatör (TAHR) ve dambıl ilaveli tamamlayıcı ayrık halka rezonatör (TAHRD) yapısına sahip rezonatör yapılarının sıradan mikroşerit antenin elektriksel boyutu üzerine etkisi incelenmiştir. Çalışılan anten yapılarının geometrileri analitik hesaplama yöntemleri için oldukça karmaşık olduğundan, tasarımlar için CST MWS tam dalga elektromanyetik dalga çözümleyicisi kullanılmıştır. Tasarlanan ve benzetimleri yapılan yapılardan kazancı yüksek olan üç tanesi Anten A, Anten B ve Anten C olarak adlandırılmış ve üretimleri gerçekleştirilmiştir. Üretilen yapıların Agilent Fieldfox N9926A vektör ağ çözümleyicisi ile |S11| ölçümleri yapılmış, bu ölçümlerden rezonans frekansı, bant genişliği, VSWR değerleri hesaplanmış ve bu değerler benzetim yöntemi ile elde edilen değerlerle karşılaştırmalı olarak incelenmiştir. Seçilen bu üç anten için kazanç, verim parametreleri CST MWS ile nümerik olarak hesaplanmıştır. 
TAHRD dizi yapısı da toprak düzlemine kavite olarak oluşturularak benzetim ortamında incelenmiştir. Kazanç değeri d = 31 mm iken tekli yapının kazanç değerinden daha fazla olan 1,225 dB değerine kadar yükselmiştir. Dizi yapısı ile yüzde bant genişliği değerlerinde de 7,66 değerine kadar bir yükselme görülmüştür. Tasarımı yapılan antenlerden tekli yapıya göre daha fazla kazanç, verim ve bant genişliği sağlayan yapılardan en iyisinin üretimi yapılarak ölçümleri yapılmış benzetim sonuçları ile karşılaştırılmıştır.  
Sonuç olarak, bu tez çalışmasında TAHRD yapıları ile kazanç değerinin pozitif değerler olan 2,201, 1,739 ve 0,910 dB değerlerine sahip olarak antenin elektriksel boyutunda % 43 oranına kadar küçülme sağlandığı ve antenin yüzde bant genişliğinin klasik anten için 2,67 iken önerilen antenlerde sırasıyla 3,81, 3,43 ve 3,65 değerlerine çıkarılarak bir iyileşmeye sebep olduğu görülmüştür. Çiftli yapılarda ise kazanç değeri 1,310, 1,678, 2,422, 3,062 dB gibi değerler alarak tekli yapılara ve referans antene göre kazançta iyileşme sağlamıştır, 7,66 değerine kadar da yüzde bant genişliğinde bir iyileşme görülmüştür ve antenin elektriksel boyutu referans antene göre % 43 oranına kadar küçültülmüştür.

Abstract:
Microstrip antennas are planar antennas which are widely used in wireless communication systems. They are compact, low profile, and light in weight. The fabrication process is simple and low cost. Microstrip antennas can be easily integrated with other parts in integrated circuits. The antenna dimensions for a specific frequency depend on the dielectric constant and thickness of the substrate. These antennas have limited gain and bandwidth. Many researches have been done in literature to enhance the performance of microstrip antennas. 
Recently, together with the high demand for mobile communication systems, designing electrically small systems has been a popular research topic. A miniature antenna is an important need for a miniature system design. In literature many studies have been reported on electrically small antennas to satisfy the need and most of these studies have been conducted on planar antennas due to their ease of integration on mobile systems.
Within the context of the thesis studies; the effects of resonator structures Complemantary Split Ring Resonator (CSRR) and dumbell added complemantary split ring resonator (CSRR-D) on electrical size of ordinary rectangular microstrip antenna investigated. Because of geometry of working antenna structures analitic calculates are complicated, CST MWS full wave alectromagnetic wave solver used for that. Designed and simulated structures which are gain values are higher than others choosen and given name Antenna A, Antenna B and Antenna C and they are fabricated. The fabricated antennas measurement done with Agilent Fieldfox N9926A vector network analyzer, resonant frequency, bandwidth and VSWR values are calculated with this measurement and this values are compared with simulation results. Gain and efficiency parameters of choosen antennas are calculate numerical with CST MWS. 
CSRR-D array structures are defect on ground plane and investigated on simulation programme. Results show that array structure improved enhancement on gain value to 1.225 dB when d = 31. Percentage bandwidth is increase about 7.66. Antenna which is the best design with its gain, efficiency and percentage bandwidth is fabricated, measured and measure results are compared with simulation results.
As a result, in this thesis the results are shows that CSRR-D structures are causes miniaturization on antennas with positive gain as 2.201, 1.739 and 0.910 and provide size reduction about 43% and percentage bandwidth of this antennas are 2.67 for conventional antenna 3.81, 3.43 and 3.65 for Antenna A, Antenna B and Antenna C respectively. And those values are shows that CSRR-D structures provide bandwidth enhancement. Gain value enhancement provide with CSRR-D array as regards CSRR-D structure and reference antenna such as 1.310, 1.678, 2.422, 3.062 dB, percentage bandwidth increase to 7.66 and the electrically size decrease to 43% than reference antenna.