Düşük Profil mm-Dalga Bandı 5G Uygulamaları için İleti Dizi Anten Tasarımı

Abstract

İleti dizi antenler, elektromanyetik dalgaların yönünü, şeklini ve genliklerini kontrol etmek amacıyla tasarlanmış yenilikçi anten sistemleridir. Bu antenler, birden fazla elemanı bir araya getirerek yüksek yönlülük ve hedefe yönelik sinyal iletimi sağlarlar. Bu özellikleriyle ileti dizi antenler, özellikle haberleşme uyduları, radar sistemleri ve kablosuz haberleşme ağlarında önemli avantajlar sunmaktadır. Bu çalışmada, mm-dalga bandında, 28 GHz frekansında çalışan düşük profilli ileti dizi anten tasarımı sunulmuştur. Önerilen yapı, katmanlar arası boşluk bulunan 4 özdeş katmandan oluşmaktadır ve bu katmanlarda dielektrik tabaka olarak Rogers RT6002 ) kullanılmıştır. Tasarımı yapılan 0,37λ0 uzunluğuna ve 0,37λ0 kalınlığına sahip birim hücre, eleman boyut değiştirme yöntemi ile 360º iletim faz aralığı sağlamaktadır. Dört adet kare ve dört yandaki çubuklardan oluşan birim hücre geometrisi basit bir tasarıma sahiptir. Kareler ve dört yanlardaki çubuklara ait tasarım parametreleri denklemlerle birbirine bağlı şekilde ifade edilmiştir. Böylece belirli bir parametre değişimi ile metalik geometriye ait tüm boyut değiştirilmekte ve bu şekilde 360º iletim faz aralığı sağlanmaktadır. 19 19 adet birim hücreden oluşan ileti dizi antenin benzetim sonuçları CST Microwave Studio ile elde edilmiştir. Bu benzetim sonuçları, tasarlanan ileti dizi antenin 28 GHz frekansında etkin alanının 76 cm2 (7,1λ02) ve bu frekanstaki maksimum kazancın 22,9 dB olduğunu göstermiştir. Besleme anteninin ileti dizi antene uzaklığının, dizi antenin en büyük boyutuna oranı (F/D) 0,55 olarak seçilmiştir. Tasarlanan ileti dizi anten %7,96 1-dB kazanç bant genişliğine ve %21,20 etkin alana sahiptir.

Transmitarray antennas are innovative antenna systems designed for controlling the direction, shape, and amplitude of electromagnetic waves. These antennas integrate multiple elements to provide high directivity and targeted signal transmission. Such capabilities make transmitarray antennas particularly beneficial for communication satellites, radar systems, and wireless communication networks. This study introduces a low-profile transmitarray antenna design operating in the mm-wave band at 28 GHz. The proposed structure consists of four identical layers with interspersed gaps, utilizing Rogers RT6002 (ϵr=2.94) as the dielectric layer. The unit cell, measuring 0.37λ0 in length and 0.37λ0 in thickness, achieves a 360-degree transmission phase range through an element resizing method. The geometry of the unit cell, composed of four squares and bars on each side, features a simple design. The design parameters of the squares and side bars are interconnected through equations, allowing for a comprehensive dimension change in the metallic geometry with specific parameter adjustments, thereby facilitating a 360-degree transmission phase range. Simulation results for the transmitarray antenna, composed of 19 19 array, were obtained using CST Microwave Studio. These simulations indicate that the designed transmitarray antenna at 28 GHz has an aperture size of 76 cm² (7.1λ0²) and a maximum gain of 22.9 dB. The distance ratio between the feed antenna and the transmitarray antenna (F/D) was selected as 0.55. The proposed transmitarray antenna possesses a 7.96% 1-dB gain bandwidth and an aperture efficiency of 21.20%.