5G ve ötesi telsiz haberleşme sistemleri için mikroşerit yama anten tasarımı
Microstrip patch antenna design for 5G and beyond wireless communication systems
- Tez No: 975863
- Danışmanlar: DOÇ. DR. MUSTAFA NAMDAR, DR. ÖĞR. ÜYESİ İNCİ UMAKOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kütahya Dumlupınar Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
İnsan yaşamının en önemli unsurlarından biri olan haberleşme/kablosuz iletişim sistemleri giderek gelişmektedir. Mobil cihazlardaki iletişim sistemlerinin temeli olan birinci nesil (1G)'den yeni yaygınlaşmaya başlanılan ve gelecekteki yeni nesil iletişim sistemlerini oluşturan beşinci nesile (5G) olan geçişin hızlı bir şekilde gerçekleştiği görülmektedir. Bu geçiş ile mobil iletişim sistemlerinde kullanılacak antenlerin 5G'nin gerektirdiği anten parametrelerini karşılanması ve aynı zamanda giderek küçülen cihazlara uyumlu anten yapılarının sunulması beklenmektedir. Mikroşerit antenler, düşük üretim maliyetleri, hafif olmaları, kompakt yapıları ile bulundukları yüzeye kolayca entegre edilebilmektedir. Bu avantajları ile iletişim cihazlarında tercih edildikleri görülmektedir. Bu çalışmada, 5G ve ötesi kablosuz haberleşme sistemlerinde (28 GHz) verimli çalışmak üzere, düşük profilli ayrıca yüksek performanslı iki farklı mikroşerit yama anten tasarımı CST Studio Suite yazılım ortamında analizi sağlanmıştır. Dikdörtgen mikroşerit yama anten (DMYA) ve üçgen mikroşerit yama anten (ÜMYA) profilli antenler tercih edilmiştir. Her iki mikroşerit yama anten tasarımında performansı etkileyecek bakır, altın ve alüminyum iletken malzemeler kullanılarak 0,8mm-1,2mm aralığında 0,05mm artışla farklı besleme uzunlukları ile değerlendirilmiştir. İki farklı profildeki mikroşerit yama anten tasarımlarında dielektrik malzeme olarak Rogers5880 malzeme kullanılmıştır. DMYA için yama genişliği (WP) 4,40 mm, yama uzunluğu (LP) 3,44 mm, besleme uzunluğu 1,05 mm olarak tasarlanmıştır. Analiz sonucunda DMYA için en iyi sonuç 1,05 mm besleme uzunluğunda ve alüminyum iletkeninde görülmektedir. S11 değeri -33,29 dB, duran dalga oranı (VSWR) 1,04 ve bant genişliği (BG) 406 MHz olarak ölçülmüştür. ÜMYA için ise yama genişliği (WP) 4,54 mm, yama uzunluğu (LP) 3,93 mm referans alınıp besleme uzunluğu 1,1 mm olarak sağlansa da farklı besleme 7 uzunluklarına (0,8-1,2 mm) göre kapsamlı analiz edilmiştir. Dikdörtgen yama antende olduğu gibi üçgen yama antende de iletken malzeme çeşitliliği ve besleme noktasının anten performansı üzerindeki etkileri incelenmiştir. ÜMYA için 28,03 GHz rezonans frekansında besleme uzunluğu 1,1 mm iken en iyi geri dönüş kaybı (S11) -38,48 dB ile bakır iletkeni olmuştur. BG değeri 257 MHz, VSWR 1,02 altın ve alüminyum iletkenlerinde ise en iyi sonuçlar besleme uzunluğu 1,05 mm'de sağlanmıştır. Altın iletkenli ÜMYA -29,43 dB S11, 1,063 VSWR ve 366 MHz BG'e sahiptir. Alüminyum iletkenli ÜMYA ise -31,13 dB S11, 1,05 VSWR ve 369 MHz BG şeklindedir. Tasarımda kullanılan iletken materyal türünün ve besleme konumunun DMYA ve ÜMYA antenlerde S11, VSWR ve BG gibi antenin önemli parametrelerini doğrudan etkilediği görülmektedir. Alüminyum materyali her iki anten türünde geniş bant genişliği ve düşük yansıma katsayısı ile dikkat çekilmiştir. 5G uygulamalarında 28 GHz frekansta çalışan anten tasarımında optimum performans sağlamak adına iletken malzeme ve besleme parametre uzunluğunun kritik öneme sahip olduğu belirlenmiştir. Gerçekleştirilen tasarım analizi sonucunda 5G antenine ait performans parametreleri başarıyla elde edilmiş ve önerilen tasarım, mobil iletişim sistemleri için potansiyel bir çözüm olarak sunulmuştur.
Özet (Çeviri)
Wireless communication, as a vital direction of human life sustains to evolve rapidly. The transation from the first generation (1G), to fifth generation (5G) wireless communication systems has been swiftly. The rapid evolution from 1G to 5G wireless communication systems has necessitated the development of antennas that not only fulfill the demanding performance criteria of 5G but also remain compatible with the ever-shrinking dimensions of modern mobile devices. Microstrip patch antennas are widely favored due to their low manufactrring prices, compact size, lightweight structure and ease of integration into device surfaces. In this study, two distinct microstrip patch antennas were designed and analyzed of rectangular and triangular patch for 5G wireless communication system operating at 28 GHz. A Rogers 5880 substrate with a 2.2 dielectric constant and 0.2 mm thickness served as the material for antenna construction. The design specifics were determined using theoretical formulas and then implemented in CST Studio Suite employing Finite Integration Technique (FIT). The study examined the impact of different metal materials (copper, gold, aluminum) and various feed point locations on antenna performance were systematically investigated. For the rectangular microstrip patch antenna (RMPA), the width patch (WP) is 4.40 mm and the length patch (LP) is 3.44 mm, respectively while for the triangular microstrip patch antenna (TMPA), these dimensions were 4.54 mm and the 3.93 mm. Both antenna types were designed to operate within the 20-36 GHz range and provides a resonant frequency of 28 GHz. Performance parameters such as return loss (S11), voltage standing wave ratio (VSWR), bandwidth (BW), directivity, and gain were evaluated for nine different feed point (0.8 mm- 1.2 mm) positions. The optimal result for the RMPA was obtained with aluminum conductor at a feed point of 1.05 mm, achieving an S11 of -33.29 dB, a 9 VSWR of 1.04 and BW of 333 MHz. The TMPA emonstrated its maximum performance at 1.1 mm feed length using copper conductor at S11=-38.48 dB and VSWR=1.02 and BW=257 MHz and at a 1.05 mm feed length using gold conductor at S11=-29.43 dB and VSWR=1.06 and BW=366 MHz and aluminum conductor at S11=- 31.13 dB and VSWR=1.05 and BW=369 MHz. Both the choice of conductive material and the feed point location significantly affect the antenna's reflection coefficient, impedance matching, and operational BW. Therefore, careful optimization of material selection and feed configuration is essential for the cost effective design of high performance antennas for 5G applications. As a result of this design analysis, 5G antenna parameters provided and this design is suggested for mobile communication systems.
Benzer Tezler
- 6G ve ötesi kablosuz iletişim sistemleri için sinyal işleme teknikleri
Signal processing techniques for 6G and beyond wireless communication systems
TUNCAY EREN
Doktora
Türkçe
2021
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Üniversitesi-CerrahpaşaElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYDIN AKAN
- Çok kullanıcılı çok antenli telsiz haberleşme sistemlerinin uygulamaları
Multi user multi antenna applications of radio communication systems
LÜTFULLAH ÖZKAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiGebze Teknik ÜniversitesiElektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ SALİHA BÜYÜKÇORAK EDİBALİ
- LLWT tabanlı M-CSK modüleli optik OFDM tasarımı
LLWT based optical OFDM design with M-CSK module
TALAT KEPEZKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNuh Naci Yazgan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALİ ÖZEN
- Energy efficiency and security of rıs-aided communication networks
Ris-tabanli haberleşme ağlarinda enerji verimliliği ve güvenlik
HAKAN ALAKOCA
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiBilişim Uygulamaları Ana Bilim Dalı
PROF. DR. LÜTFİYE DURAK ATA
- M-csk modüleli dco-ofdm sistemlerinin başarımını arttırmak için kanal kodlamatekniklerinin kullanılması
Used channel coding techniques to improve the success of m-csk modulated dco-ofdm systems
GAZİHAN AYKIRI
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiNuh Naci Yazgan ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ALİ ÖZEN