5G ve IoT uygulamaları için eşdeğer devre tabanlı bir model kullanılarak yeniden yapılandırılabilir anten tasarımı
Design of reconfigurable antennas for 5G and IoT application by using an equivalent circuit approach
Yazar: HİLAL KOÇ POLAT
Danışman: PROF. DR. BÜLENT ÇAVUŞOĞLU
Atatürk Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Haberleşme Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Amaç: Bu tez çalışmasında 5G ve IoT uygulamalarında önemli bir yere sahip olan yeniden yapılandırılabilir yama antenlerinin eşdeğer devre tabanlı tasarım yaklaşımı ile modellenmesi ve bu modelin esnek yeniden yapılandırılabilir antenlere uygulanabilirliğinin gösterilmesi amaçlanmaktadır.
Yöntem: Literatürde kullanılan ve sezgisel yaklaşımlar doğrultusunda gerçekleştirilen yapısal değişiklikler yerine, eşdeğer devre tabanlı bir yaklaşım önerilmektedir. Önerilen yeniden yapılandırılabilir anten tasarımı, sadece kapasitans ayarlamaları kullanarak rezonans frekansını uyumlama çabasına dayanmaktadır. Antenlerin eşdeğer devre modelleri AWR yazılımı ile yapılandırılmış ve doğrulanmıştır. Tam dalga analizleri, CST yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Yeni tasarım stratejisi, iki farklı anten yapısı üzerinde uygulanmıştır. Bunlardan ilki, 2,45 GHz (Wi-Fi), 3,6 GHz (Wi-Max ve 5G), 5,4 GHz (WLAN ve 5G) frekansları için FR4 alttabaka kullanılarak üretilmiş, ikincisi ise 5G için öngörülen 6,5 GHz ve 25 GHz frekansları için esnek malzeme olan kapton alt tabaka kullanılarak tasarlanmıştır. Ayrıca, kapton alt tabaka ile tasarlanan esnek yeniden yapılandırılabilir antenin, benzetim ortamında farklı açılardaki bükülmesinin etkisi incelenmiştir.
Bulgular: Önerilen tasarım, çeşitli frekansların kullanılmasının doğası nedeniyle oluşan empedans uyumsuzluğu sorununu çözmektedir. Sürdürülebilir bir tasarım stratejisi sağlamak için önemli ölçüde azaltılmış rezonans frekansı uyumlama çabasıyla, anten için tam bir eşdeğer devre modeli bildiğimiz kadarıyla literatürde ilk kez bu tez çalışması ile oluşturulmuş ve bu model hem esnek hem de esnek olmayan anten yapıları için şönt kapasitansları vasıtasıyla uyarlanabilmiştir.
Sonuç: Tasarımı yapılan frekansı yeniden yapılandırılabilir antenler için eşdeğer devre tabanlı yaklaşım metodolojisinin esnek ve esnek olmayan alt tabakalarda ve farklı frekanslarda uygulanabilir olduğu ortaya konulmuştur.

Abstract:
Purpose: In this thesis, it is aimed to model the frequency reconfigurable patch antennas which have an important place in 5G and IoT applications with an equivalent circuit-based design approach and to demonstrate the applicability of this model to flexible reconfigurable antennas.
Method: The proposed reconfigurable antenna design bases its tuning effort on using only capacitance adjustments instead of several structural changes which have been used by intuitive approaches in the literature. The new design strategy has been implemented on two different antenna structures. The first of these has been produced for 2.45 GHz (Wi-Fi), 3.6 GHz (Wi-Max and 5G), 5.4 GHz (WLAN and 5G) using FR4 substrate. The second one has been designed for 6.5 GHz and 25 GHz frequencies intended for 5G using Kapton substrate which is a flexible material. The complete equivalent circuit model of the proposed antennas are configured and validated through AWR software. Full wave analysis of the proposed antennas are performed using CST software. In addition, the effect of bending at different angles in the simulation environment has been investigated for the flexible reconfigurable antenna designed with the Kapton substrate. 
Findings: The proposed design solves the problem of impedance mismatch caused due to integration of several frequencies into one single structure. As to our knowledge, the complete equivalent circuit model for reconfigurable antenna design with minimum tuning effort has been created by this thesis for the first time in the literature. This model can be adapted for both flexible and rigid antenna structures by means of shunt capacitances.
Results: It has been revealed that the equivalent circuit approach methodology is applicable for flexible and rigid substrates at different frequencies with the reconfigurable antennas designed.