Kablosuz vücut alan ağ uygulamaları için metamalzeme destekli mikroşerit antenlerin tasarım ve üretimi
Design and manufacturing of metammaterial supported microstrip antenna for wireless body area network applications
Yazar: HÜSNÜ YALDUZ
Danışman: DOÇ. DR. MUSTAFA TÜRKMEN
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2020
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Özellikle düşük güçlü ve küçük boyutlu elektronik cihazlarındaki hızlı büyüme, gelişmiş mobil ve kişisel kablosuz iletişim sistemleri ile birlikte kablosuz vücut alanı ağı (WBAN) ve ilgili giyilebilir teknolojilerin oluşturulmasını sağlamıştır. WBAN'ların gelecekteki internetin kalbi olacağı ve sağlık, eğitim, askeri vb. uygulamalar için hayati bir rol oynayacağı öngörülmektedir. WBAN iletişiminin en önemli parçası kablosuz iletişimi
sağlayan antendir. Bu tez çalışmasında, WBAN uygulamalarında kullanım için özgün tasarıma sahip dört adet giyilebilir anten tasarımı, üretimi ve analizleri yapılmıştır. Giyilebilir antenlerin tasarımında esnek tekstil malzemeleri tercih edilmiş ve anten ile vücut arası izolasyonu sağlamak için antenin kısmi toprak düzlemi arkasına metamalzeme (MM) yapı yerleştirilmiştir. Antenler ilk önce CST programında tasarlanıp analiz edilmiştir. Nümerik olarak tasarımları başarılı şekilde tamamlanan antenler üretilmiş ve deneysel ve nümerik sonuçlar analiz edilmiştir. MM'siz ve MM'li giyilebilir antenlerin yansıma katsayısı, ışıma örüntüleri, kazanç, yönlülük, SAR etkileri gibi performans parametreleri karşılaştırmalı olarak serbest uzayda ve vücut üzerinde başarılı şekilde ortaya konmuştur. Sonuçlardan antenlerin arkasına MM yapı ilave edilmesiyle antenlerin yönlülük, kazanç değerlerinin arttığı ve vücut etkileşimi, SAR değerlerinin azaldığı gözlemlenmiştir. Antenlerin esneklik ve düşük boyutlarının yanı sıra UWB çalışma frekansı bandı, kazanç ve düşük SAR değerleri avantajları ile WBAN uygulamalarında kullanım için uygundur.

Anahtar Kelimeler: Kablosuz Vücut Alan Ağları, Giyilebilir Anten, Düşük SAR Anten, Ultra Geniş Bant Anten, Metamalzeme Destekli Anten, Tekstil Anten

Abstract:
Especially the rapid growth in low-power and small-sized electronic devices has led to the creation of wireless body area network (WBAN) and related wearable technologies, together with advanced mobile and personal wireless communication systems. WBANs will be the heart of the future Internet and health, education, military, etc. It is predicted to play a vital role for applications. The most important part of WBAN communication is the antenna that provides wireless communication. For this purpose, in this thesis, the design, production, and analysis of four original wearable antennas for use in WBAN applications were made. Flexible textile materials were preferred in the design of wearable antennas and a metamaterial (MM) structure was placed behind the partial ground plane of the antenna to provide insulation between the antenna and the body. Antennas were first designed and analyzed in the CST program. The antennas, whose designs were successfully completed numerically, were produced and the experimental
and numerical results were analyzed. Performance parameters such as reflection coefficient, radiation patterns, gain, directionality, SAR effects of wearable antennas with and without MM have been successfully demonstrated in free space and on the body comparatively. From the results, it was observed that by adding MM structure behind the
antennas, directionality, gain values of antennas increased and body interaction and SAR values decreased. In addition to the flexibility and low dimensions of the antennas, it is suitable for use in WBAN applications with the advantages of UWB operating frequency band, gain and low SAR values. 

Keywords: Wireless Body Area Networks, Wearable Antenna, Low SAR Antenna, Ultra-wideband Antenna, Metamaterial Supported Antenna, Textile Antenna