X ve Ka Bant Uygulamaları için Yüksek Kazanç Bant Genişliğine Sahip İleti Dizi Anten Tasarımları

Abstract

Yüksek kazançlı antenler, günümüzde artan veri iletişimi ihtiyacını karşılamak için kritik bir rol oynamaktadır. Bu nedenle, İleti Dizi Anten (İDA) teknolojisi gibi yenilikçi çözümler ön plana çıkmıştır. İDA’lar, elektromanyetik dalgaları yeniden yönlendiren ve fazlarını ayarlayarak yüksek kazanç sağlayan düzlemsel yapılar olarak tanımlanabilir. İDA’ların temel dezavantajları olarak karmaşık tasarım ve üretim süreçleri ile bu süreçlere bağlı olarak artan üretim maaliyetleridir. Bir diğer dezavantajı olarak dar bant genişliğine sahip olmaları söylenebilir. Bu tez çalışmasında, ilk olarak farklı amaçlara yönelik İDA'ların tasarımı için üç farklı birim hücre tasarımı yapılmıştır. Yapılan benzetimler sonucu bu tasarımlar, İDA kriterlerini karşıladığı görüldükten sonra İDA haline dönüştürülmüştür. Yöntem olarak, gereken faz gecikmesini sağlamak amacıyla birim eleman boyut değiştirme yöntemi kullanılmıştır. Daha sonra 9 GHz, 10 GHz ve 28 GHz merkez frekanslarında 3 farklı İDA tasarımı yapılmıştır. “Tasarım 1 İDA” ve Tasarım 2 İDA” isimli ilk iki tasarımda FR-4 dielektrik tabakası kullanılırken üçüncü tasarım olan “Tasarım 3 İDA” Rogers RT6002 kullanılarak tasarlanmıştır. Her üç tasarım da 4 katmanlıdır. Tasarım 1 İDA’nın 1- dB ve 3- dB kazanç bant genişlikleri sırasıyla %12,12 ve %49,43’tür. 9 GHz frekansındaki açıklık verimliliği %21,3’tür. Tasarım 2 İDA’nın 1- dB kazanç bant genişliği %7,65; 3- dB kazanç bant genişliği ise %16,36’dır. 10 GHz frekansındaki açıklık verimliliği %18,7 olarak elde edilmiştir. Tasarım 3 İDA’nın 1- dB kazanç bant genişliği %7,96 olarak elde edilmiştir. 28 GHz frekansındaki açıklık verimliliği %30,84’tür. Prototipi üretilen ve ölçümleri yapılan Tasarım 1 İDA’nın ölçüm ve benzetim sonuçları iyi bir uyuma sahiptir. Bu tezin hedefi karmaşık olmayan tasarımlar ve düşük maliyetli üretimler ile yukarıda anlatılan dezavantajları ortadan kaldırırken aynı zamanda geniş kazanç bant genişliği sağlamaktır. Bu doğrultuda tasarımların benzetimleri yapılmış, Tasarım İDA 1’nın prototipi üretilmiş ve ölçümler ise Kocaeli Üniversitesi Elektronik ve Haberleşme Mühendisliği, Mikrodalga ve Anten Laboratuvarında bulunan tam yansımasız odada alınmıştır.

High-gain antennas play a critical role in meeting the growing demand for data communication in today's world. As a result, innovative solutions such as Transmitarray (TA) technology have come to the forefront. TAs can be described as planar structures that redirect electromagnetic waves and adjust their phases to provide high gain. However, TAs have certain disadvantages, including complex design and manufacturing processes, which lead to increased production costs. Another drawback is their limited bandwidth. In this thesis, three different unit cell designs were initially developed for various TA applications. After simulations confirmed that these designs met TA criteria, they were transformed into TAs. The method employed involved varying the size of the unit elements to achieve the required phase delay. Subsequently, three different TA designs were created with center frequencies of 9 GHz, 10 GHz, and 28 GHz. In the first two designs, named "Tasarım 1 İDA" and "Tasarım 2 İDA," an FR-4 dielectric layer was used, while in the third design, referred to as "Tasarım 3 İDA" was designed using Rogers RT6002. All three designs consist of four layers. The 1-dB and 3-dB gain bandwidths of Tasarım 1 İDA are 12.12% and 49.43%, respectively, with an aperture efficiency of 21.3% at 9 GHz. The 1-dB gain bandwidth of Tasarım 2 İDA is 7.65%, and the 3-dB gain bandwidth is 16.36%, with an aperture efficiency of 18.7% at 10 GHz. The 1-dB gain bandwidth of Tasarım 3 İDA is 7.96%, with an aperture efficiency of 30.84% at 28 GHz. The prototype of Tasarım 1 İDA was produced, and its measurement and simulation results show good agreement. The goal of this thesis is to address the aforementioned disadvantages while simultaneously providing wide gain bandwidth through simple designs and low-cost production. Simulations of the designs were conducted, the prototype of Tasarım 1 İDA was produced, and measurements were taken in the anechoic chamber at the Microwave and Antenna Laboratory of the Electronics and Communication Engineering Department at Kocaeli University.