Optiksel saydam antenlerin tasarımı ve karakterizasyonu
Design and characterization of optically transparent antennas
Yazar: YASEMİN DEMİRHAN
Danışman: PROF. DR. BARIŞ AKAOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2019
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Bu çalışmada güneş hücrelerinde, akıllı saat ve dokunmatik ekran gibi alanlarda kullanılmak üzere çeşitli saydam antenler tasarlanmıştır. 5.8 GHz çalışma frekansında saydam alttaşlı yama anten CST Studio Suite ve Ansys HFSS benzetim programlarında tasarlanarak anten karakteristik özellikleri hesaplamalı olarak elde edildikten sonra Ankara Üniversitesi Fizik Mühendisliği Mikrodalga İleri Araştırma Laboratuvarında fotolitografi yöntemiyle üretilmiştir. Üretilen antenin deneysel ölçümleri alınarak simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Ayrıca bakır yerine ITO (Indium Tin Oxide) kullanılarak 5.9 GHz frekansında optiksel saydam yama anten tasarlanmış ve elektron demeti püskürtme yöntemiyle büyütülerek üretilmiştir. Üretilen antenin geri dönüş kaybı ve voltaj dalga oranı ölçümü alınarak simülasyon sonuçlarıyla karşılaştırılmıştır. Daha sonra UV-VIS-NIR Spektrofotometre ile optiksel geçirgenlik analizi yapılmıştır. Diğer bir saydam anten çalışması olarak, 3 GHz çalışma frekansında çeyrek dalga dönüşümlü mikroşerit yama antenin bakır yama düzlemi metalik ızgaralar haline getirilerek % 95 optiksel saydam elde edilmiştir. Aynı şeffaf alttaş (akrilik) ve boyutta olan sıradan mikroşerit yama anten ve optiksel saydam ızgara anten, CST Studio Suite ve Ansys HFSS benzetim programlarında geri dönüş kaybı, bant genişliği, voltaj dalga oranı, kazanç, verimlilik gibi anten karakteristikleri simüle edilerek karşılaştırılmıştır. Daha sonra 5.8 GHz çalışma frekansında çalışan 200 nm ITO kalınlıklı kuvars saydam alttaşlı tek katmanlı saydam anten tasarlanmıştır. Gümüş kalınlığı sabit kalmak suretiyle farklı ITO kalınlıklarda çok katmanlı ITO-10 nm gümüş-ITO yapısı tasarlanarak CST Studio Suite programındaanten karakteristik sonuçlarına, OptiLayer yazılım programında ise geçirgenlik, yansıma, soğurmagibi optik karakteristiklerine bakılarak ITO için en uygun kalınlık belirlenmiştir. 40 nm ITO kalınlığı uygun görülerek tek katmanlı saydam anten ile anten ve optik karakteristikleri karşılaştırılmıştır. Saydam antenlerin anten ve optik karakteristik sonuş grafikleri incelenmiştir.

Abstract:
In this study, various transparent antennas are designed to be used in solar cells, smart watch and touch screen areas. Transparent substrate patch antenna at 5.8 GHz operating frequency is designed in CST Studio Suite and Ansys HFSS simulation programs and the antenna characteristics are calculated computatively and then produced by photolithography method in the Microwave Advanced Research Laboratory of the University of Ankara. Experimental measurements of the produced antenna are compared with the simulation results. In addition, ITO (Indium Tin Oxide) instead of copper optically transparent patch antenna is designed and produced by electron beam spraying method. The return loss and voltage wave ratio measurement of the produced antenna is measured and compared with the simulation results. Then, the optical transmittance analysis is performed with UV-VIS-NIR Spectrophotometer. As another transparent antenna study, the copper patch plane of the quarter wave transform microstrip patch antenna at 3 GHz operating frequency is transformed into metallic grids to obtain 95% optical transparency. Ordinary microstrip patch antenna and optical transparent grid antenna, which are the same transparent substrates (acrylic) and size, are compared by simulating antenna characteristics such as return loss, bandwidth, voltage standing wave ratio, gain, efficiency in CST Studio Suite and Ansys HFSS simulation programs. Then, a single layer transparent antenna with 200 nm ITO thickness quartz transparent substrate is designed which operates at 5.8 GHz operating frequency. The ITO-10 nm silver-ITO structure of different ITO thicknesses are designed by keeping the silver thickness constant and the optimum characteristics for ITO are determined by considering antenna characteristic results in CST Studio Suite program and optical characteristics such as transmittance, reflection, absorption in OptiLayer software program. The ITO thickness of 40 nm is considered appropriate and the single layer transparent antenna was compared with the antenna and optical characteristics. The antenna and optical characteristic result graphs of the transparent antennas is examined.