Giyilebilir elektronik uygulamalar için mikroşerit yama anten tasarımı ve analizi
Wearable electronic applications for microstrip patch antenna design and analysis
Yazar: SHUI, HAIHAN SHUI, HAIHAN
Danışman: PROF. DR. ŞÜKRÜ ÖZEN
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Elektrik Elektronik Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği = Electrical and Electronics Engineering

Özet:
Teknolojinin gelişmesi ile birlikte günümüz elektronik ve telekomünikasyon alanında giyilebilir cihazlar, oldukça ilgi çeken konuların başında gelmektedir. Bu çalışmada, giyilebilir elektronik uygulamalarda kullanılan mikroşerit yama antenlerin elektromanyetik uyumluluk (EMU) standartlarına uygun tasarımı ve üretimi amaçlanmıştır. Bu konunun seçilmesindeki en büyük etken, ilerleyen teknoloji ile beraber ülkemizin öncelikli alanları arasında gösterilen giyilebilir cihaz teknolojisi ile hesaplamalı bilim ve mühendisliğin çoklu-disiplinli bir çalışması olarak belirtilebilir. Çalışma kapsamında elektromanyetik simülasyon programı sayesinde istenilen frekansta ışıma yapan ve uygun karakteristiğe sahip iki tane anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Sayısal analizler, sonlu elemanlar yöntemini (SEY) temel alan Ansys HFSS ile gerçekleştirilmiştir.
Öncelikle, iki bantlı giyilebilir mikroşerit yama anteninin tasarımı ve dozimetrik analizi sunulmuştur. Tasarlanan anten, insan vücuduna yerleştirildiğinde 3,8GHz, 7GHz ışıma yapmaktadır. Antenin yalıtkan malzemesi, dielektrik geçirgenliği 4,4 ve kayıp tanjantı 0,02 olan 25×25×1,5 mm3 boyutlara sahip FR4'dür. Anten, 50 Ω uyumlu olan ve 1 mW büyüklüğündeki güç ile beslenmiştir. Önerilen anten, bir 6GHz altındaki 5G bantlarında ve S ile C bantlarında rezonansa girer. Antenin deneysel ölçümleri, 3,8GHz ve 7GHz'de ışımalar olduğunu göstermiştir. İlgilenilen frekans bandında eşdeğer doku modeli üretilmiş ve termografi analizleri gerçekleştirilmiştir.
İkinci anten ise 31GHz ve 50GHz'de, başka bir deyişle mmWave frekanslarında, çalışmaktadır. Anten boyutları 6×5×0,55 mm3'dür. Antenin yalıtkan malzemesi, 2,2 dielektrik sabitine sahip ve kayıp tanjantı 0,0009 olan Rogers RT/duroid 5880 malzeme olarak modellenmiştir. Ayrıca, insan doku modelindeki dozimetrik analizler gerçekleştirilmiştir.

Abstract:
With the development of technology, wearable devices are one of the most interesting topics in today's electronics and telecommunications field. In this study, it is aimed to design and manufacture micro strip patch antennas used in wearable electronic applications in accordance with electromagnetic compatibility (EMC) standards. The biggest factor in the selection of this subject can be stated as a multi-disciplinary study of wearable device technology and computational science and engineering, which is shown among the priority areas of our country with advancing technology. Within the scope of the study, two antenna designs that radiate at the desired frequency and have appropriate characteristics were carried out thanks to the electromagnetic simulation program. Numerical analyses were performed with Ansys HFSS based on the finite element method (FEM).
First, the design and dosimetric analysis of a two-band wearable microstrip patch antenna is presented. The designed antenna emits 3.6GHz, 7GHz when placed on the human body. The insulator material of the antenna is FR4 with dimensions of 25×25×1.5 mm3, with a dielectric permittivity of 4.4 and a loss tangent of 0.02. The antenna is supplied with 1 mW of power, which is 50 Ω compatible. The proposed antenna resonates in the Sub-6 5G bands and in the S and C bands. Experimental measurements of the antenna show that radiations at 3.8GHz and 7GHz were observed. A brain phantom was also made, and a thermal camera was used to measure and observe the temperature variation.
The second antenna operates at 31GHz and 50GHz mmWave frequencies. Antenna dimensions are 6×5×0.55 mm3. The insulator material of the antenna is modelled as Rogers RT/duroid 5880 material with a dielectric constant of 2.2 and a loss tangent of 0.0009. In addition, dosimetric analyses in the human tissue model were performed.