UMTS uyumlu cep telefonları için mikroşerit yama anten tasarımı
Microstrip patch antenna design for UMTS handsets
Yazar: BURAK GÖKÇE
Danışman: DOÇ. DR. FUNDA AKLEMAN YAPAR
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Telekomünikasyon Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering
Dizin: Anten = Antenna ; Mikroşerit = Microstrip ; Tasarım = Design

Özet:
Son yılların en popüler mobil haberleşme teknolojisi olarak görülen UMTS, üçüncü nesil kullanıcılara yönelik geliştirilen mobil telefonlar vasıtasıyla yüksek kaliteli ses ve veri iletimlerine olanak vermektedir. Bu sayede yeni nesil mobil telefonlar kullanıcılarına sesli ve yazılı görüşmenin yanı sıra görüntülü görüşme, görüntülü mesaj, müzik çalar, video oyunları, internet, veri transferi ve hatta ofis uygulamaları gibi diğer tüm bilgisayar işlevlerini ulaştırabilir. Ancak sağlanan tüm bu servisler yanına bir mobil telefondan beklenen en önemli özellik hafif ve küçük hacimli olmasıdır. Bu nedenle cihazlarda kullanılan elemanlar da bu profili bozmayacak derecede küçük boyutlarda tasarlanmalıdır.Mobil telefonların boyut özelliklerini etkileyen elemanların başında antenler gelir. Eski modellerde genellikle harici anten yapıları kullanılırken, gelişmiş modellerde anten cihaz içerisine monte edilebilecek şekilde tasarlanır. Bundan dolayı mobil telefonlarda genellikle baskı devre teknolojisi ile istenilen boyutlarda üretilebilen mikroşerit yama antenler kullanılmaktadır.Bu çalışmada arzu edilen boyut özelliklerine sahip, 2.05 GHz merkez frekansı civarında rezonansa giren ve 1900-2200 MHz UMTS bandında verimli şekilde çalışabilecek mikroşerit yama anten tasarımı gerçekleştiriliştir. Tasarlanan anten yapısında dikdörtgensel iletken yama, bilinen besleme yöntemlerinden farklı olarak, tek başına monopol anten karakteristiği gösteren düzlemsel bir iletken parça aracılığıyla bağlantısız olarak beslenmektedir. Tasarım aracı olarak bir tam dalga elektromanyetik alan benzetim ortamı olan Ansoft HFSS paket programı kullanılmıştır. Tasarım süreci üç aşamada incelenmiştir ve ilk önce besleme olarak kullanılan monopol yapının UMTS bandı içerisindeki davranışı ele alınmıştır. Sonrasında ise monopol yapı üzerine mikroşerit iletken parça yerleştirilerek arzu edilen anten geometrisi tasarlanmış ve boyutlara ilişkin parametrelerin değerleri teker teker değiştirilerek anten, UMTS bandını tamamen kapsayan verimli bir yapıya dönüştürülmüştür. Son olarak da daha önce hava ile doldurulan, toprak zemin ve iletken yama arası boşluğa 8.7mm yüksekliğinde FR4 dielektrik tabaka yerleştirilerek, mikroşerit anten yapısının boyutu 51mm x 19mm x 9.9mm değerine kadar küçültülebilmiştir. Ayrıca bu anten UMTS bandını kapsayacak nitelikte 18.3% (1.88-2.26GHz) empedans bant genişliğine sahip olmuştur.

Abstract:
UMTS, known as the most popular mobile communication technology, allows high quality sound and data transmission through mobile phones developed for third generation users. Thus, new generation mobile phones provides vocal and written communication as well as video calls, video messages, music player, video games, internet, data transfer and even other computer functions as office applications for their users. However, besides these services, the most important feature expected from a mobile phone is being light and low profile. For this reason, the components used in these devices must be designed in small sizes in order not to damage this profile.Antennas are the most important components in the mobile phones that affect dimension features. While external antennas were used in old models, antenna is generally designed as mountable to device in developed models. For this reason, microstrip patch antenna which can be produced in intended dimensions with printed circuit board technology is generally used in mobile phones.In this research, design of microstip patch antenna which enters around 2.05 GHz center frequency resonance and works efficient in 1900-2200 MHz band for UMTS is achieved. Unlike other well-known feeding methods, rectangular conductive patch which is designed as antenna structure is fed coupled with the help of planar conductive part which shows characteristics of monopole antenna alone. Ansoft HFSS packaged software which is full-wave electromagnetic field simulation environment is used as design tool. Design process is investigated in three phase and first of all, attitude of monopole structure, which is used as servant, in UMTS band is handled. Then, desirable antenna geometry is designed by placing microstrip conductive part in monopole structure and by changing parameter values related to dimensions one by one, antenna is converted into an effective structure which completely covers UMTS band. Finally, by placing FR4 dielectric layer in the cavity between ground and conductive patch, microstrip antenna structure dimension is reduced to 51 mm x 19 mm x 9.9 mm. Furthermore, this antenna has 18.3 % (1.88-2.26 GHz) impedance bandwidth which has the quality of covering UMTS band.