5g mobil haberleşme için çift bantlı ve düşük maliyetli mikroşerit yama anten tasarımı ve üretimi
Design and fabrication of a dual-band and low-cost microstrip patch antenna for 5g mobile communications
Yazar: GÜRKAN KALINAY
Danışman: DOÇ. DR. FATİH KABURCUK
Erzurum Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Bu tezde, beşinci nesil (5G) mobil haberleşme için düşük maliyetli ve çift bantlı bir mikroşerit 
yama anteninin sayısal ve deneysel analizini sunulmaktadır. Önerilen anten, düşük maliyetli bir FR-4 
dielektrik alttaş üzerine tasarlanmış ve üretimi yapılmıştır. Antenin sayısal analizi, sonlu farklar zaman 
alanı (FDTD) tabanlı hesaplamalı elektromanyetik simülatör (CEMS) yazılımı ve sonlu entegrasyon tekniği 
(FIT) tabanlı Computer Simulation Technology (CST) yazılımı kullanılarak gerçekleştirilmektedir. 
Antenin performansı, simulasyon ve ölçüm sonuçları karşılaştırılarak doğrulanmıştır. Önerilen anten, 
Federal İletişim Komisyonu (FCC) tarafından belirlenen 5G frekans bantlarını içeren 24 ve 28 GHz çift 
frekans bantlarında çalışmaktadır. Anten maksimum kazanç değerleri, xy düzleminde sırasıyla 24 ve 28 
GHz'de 3.20 dBi ve 3.99 dBi'dir. Önerilen anten, 5G mobil haberleşme cihazları için uygun olmakla birlikte 
çok yönlü ışıma deseni sağlamaktadır. Ayrıca, önerilen anten performansını değerlendirmek için iki farklı 
parametrik çalışma yapılmıştır. Antenin üst yüzünde bulunan yamaların, topraklama düzleminin 
boyutlarının ve farklı kalınlıklardaki FR-4 alttaşların, antenin performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir.
5G frekans bantlarında çalışan antenlerin boyutlarının çok küçük olması anten üretimini 
zorlaştırmaktadır. Önerilen antenin prototipini üretebilmek için, PCB baskı cihazı yerine CNC cihazı 
kullanılmıştır. FR-4 alttaşı üzerinde yüksek hassasiyetli kazıma yapabilmek ve oluşabilecek üretim 
hatalarını minimize edebilmek için, CNC üzerinde özel bir sistem tasarlanmıştır.

Abstract:
This thesis presents the numerical and experimental analysis of a low-cost and dual-band microstrip patch 
antenna for the fifth generation (5G) mobile communications. The antenna is designed and printed on a low-cost FR-4 
dielectric substrate. The numerical analysis of the antenna is performed using the computational electromagnetic 
simulator (CEMS) software which is based on the finite-difference time-domain (FDTD) and Computer Simulation 
Technology (CST) software which is based on the finite integration technique (FIT). The performance of the proposed 
antenna is verified with the simulated and measured results. The proposed antenna operates in the 24 and 28 GHz dual 
frequency bands, which includes the 5G frequency bands determined by the Federal Communications Commission 
(FCC). The maximum gain values of the antenna are 3.20 dBi and 3.99 dBi in the x-y plane at 24 and 28 GHz, 
respectively. The proposed antenna provides almost omni-directional patterns suitable for 5G mobile communication 
devices. In addition, two different parametric studies were conducted to evaluate the proposed antenna performance. 
The effects of patches on the upper face of the antenna, the dimensions of the ground plane and different FR-4 substrate 
thicknesses on the performance of the antenna were investigated.
In order to fabricate the proposed antenna prototype, CNC device was used instead of traditional PCB printing 
device because it makes difficult to fabricate the antenna operating at 5G frequency bands due to its very small 
dimensions. For this reason, a special system has been designed on the CNC to engrave with high precision on the FR-4 substrate and to minimize the production errors that may occur