Genişband GSM-UMTS mikroşerit yama anten tasarımı
Design of a broadband GSM-UMTS microstrip patch antenna
Yazar: DANIŞ ÖZDEMİR
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 antenler = Microstrip antennas

Özet:
Bu çalışmada ülkemizde ve dünyada 1990'lardan beri yaygın bir şekilde kullanılan GSM teknolojisi ile yeni yeni yaygınlaşmakta olan 3G teknolojilerinden UMTS'i aynı anda destekleyebilecek, geniş bandlı mikroşerit bir antenin tasarımı gerçekleştirilmiştir. Bu teknolojilerden GSM oturmuş altyapısına rağmen kullanıcı ihtiyaçlarına görece yavaş veri iletim hızı ve düşük band genişliği sebebi ile tam olarak karşılık verememekte, bu da UMTS'in kullanılmaya başlanmasının zeminini oluşturmaktadır. Her ne kadar birinden diğerine bir geçiş düşünülüyor olsa da bu sürecin vakit alacağı, operatörlerin sadece GSM uyumlu cep telefonlarını kullanan abonelerine de hizmet vermeye devam edecekleri açıktır. Bu noktada gezgin iletişim hizmeti sunan operatörlerin, kullanıcılara iki hizmeti birarada vermek zorunda kalacakları bir dönem yaşanacaktır. İşte bu dönemde her iki teknolojinin çalışma frekanslarını kapsayan antenlerin varlığı, maliyet ve yer açısından tasarrufa imkan verecektir.Özellikle kapsama problemlerinin yaşandığı kapalı alanlara yerleştirilecek olan küçük istasyonlarda, küçük boyutlu antenlerin kullanılmasının daha uygun olması nedeni ile, bu çalışmada mikroşerit yama antenler göz önüne alınmıştır. Mikroşerit yama antenler, küçük boyutları, ağırlıklarının düşük olması, kolay zarar görmeyecek dayanıklılıkta olmaları, geometrik yapıları sebebi ile montaj kolaylıkları sağlamaları ve baskı devre teknolojisi ile kolay üretilebilmeleri gibi imkanlarla diğer anten tiplerine göre öne çıkmaktadırlar. Elbette mikroşerit yama antenlerin de bazı dezavantajları mevcuttur ; düşük güçle ışıyabilmeleri, band genişliklerinin düşük olması, sinyal yaması doğrudan beslenince oluşan yüzey daglaları ve sahte radyasyon bunlar arasında sayılabilir. Bu tip problemlerin aşılması için kullanılabilecek teknikler de bu araştırma çerçevesinde işlenmiştir.Bu yayın kapsamında, öncelikle antenler ve kablosuz haberleşmede üstlendikleri roller tanıtılmış, daha sonra antenlerin ışıma mekanizmalarına değinilerek, genel olarak anten tipleri tanıtılmıştır. Çalışmada tasarlanacak antene ilişkin temellerin daha iyi anlaşılabilmesi için mikroşerit antenlerin genel yapı ve besleme teknikleri incelenmiş, ortaya çıkabilecek dezavantalara karşı nasıl teknikler kullanılabileceği açıklanmıştır. Daha sonra, tasarlanmak istenen antenin desteklemesi istenen gezgin haberleşme teknolojilerine (GSM ve UMTS) dair tanıtıcı bilgiler verilmiş, bu teknolojilerin tarihçeleri ve birbirleri ile olan ilişkileri açıklanmıştır. Bu aşamadan sonra ise antenin tasarımı anlatılmış, anten boyutlarının belirlenmesinde kullanılan kriterler, yapılan tercihler betimlenmiş, son olarak tasarım sırasında gerçekleştirilen simülasyon ve ölçümlerden elde edilen sonuçlar yorumlanmıştır.

Abstract:
In this project, a microstrip patch antenna that will be able to operate on both GSM and UMTS bands which may be referred as most spreadwide and most upcoming mobile communication technologies all over the world respectively. Although GSM has a stable network, because of its narrow frequency band and low data transmission rates, it can not afford the demand for a wide frequency band and faster data transmission of users which leads the need for UMTS. Although this migration from GSM to UMTS is considered to be an end for GSM, it is obvious that users having devices that work on GSM only, should be supported by mobile telephony operators. Therefore there will be a time interval in which, mobile telephony operators will be supporting both of those technologies. If there exists an antenna that operates on both of those technologies? frequency bands, it will give the operators a chance to decrease the costs and amount of space needed for antennas.The reason for focusing especially on microstrip patch antennas is that they will be suitable for indoor communication stations because of their relatively small sizes. Microstrip patch antennas have some advantages like having low size, low weight, being durable, being mountaged easily because of their geometry and being produced easily using printed circuit technique. They have some disadvantages like low radiation power, low bandwidth, surface waves and spurious radiation. Some techniques that will mitigate those disadvantages have been introduced.Within this thesis, firstly antennas and their role in wireless communication are introduced ; then the mechanism of radiation and types of antennas are described. In order to give an explanation about the properties of the antenna that will be designed within this project, especieally the microstrip patch antennas are focused on and the other ones are briefly introcuded. The general structure and feeding techniques for microstrip antennas are discussed, then possible techniques for solving problems have been explained. After that, some information is given about the GSM and UMTS technologies that the designed antenna should be compatible with and the relations between those technologies have been explained. After that stage, the design process of the antenna is explained in detail and the criteria used for determining the sizes are discussed together with the results obtained via simmulation and measurement.