5G uygulamaları için gelişmiş anten çözümleri

Abstract

Akıllı telefonlar için kullanılan milimetre dalga antenleri, 5G mobil ağlara geçişi tamamlayan en önemli bileşenlerden biridir. Cep telefonları için milimetre dalga antenlerin araştırılması ve geliştirilmesi günümüzde hem akademi hem de telekomünikasyon endüstrisinde önemli araştırma çalışmalarının merkezinde olmasına rağmen, telsiz haberleşme topluluğu tarafından sistematik bir anten tasarımı henüz önerilmemiştir. Bu tezde, yonca anten olarak adlandırılan özgün, yüksek kazançlı, kompakt boyutlu ve geniş bantlı milimetre dalga anteni 5G cep telefon anteni olarak sunulmuştur. Yonca anten yüksek kazanç veya geniş bant elde etmek için parametreleri ayarlanabilen yonca benzeri iletken bir profile sahiptir. Tasarlanan antenlerin, yaygın olarak kullanılan tam dalga analiz programı ile benzetimi yapılmıştır. Milimetre dalga anteninin sayısal sonuçları, 64-71 GHz bandında 5G talebini başarıyla karşılamaktadır. Ayrıca 4, 8 ve 16 elemanlı yonca anten dizisi ile antenin hüzme yönlendirme kabiliyeti gösterilmiş ve pratik tasarım konusu olan yatay düzlemde tam kapsama elde etmek için anten dizilerinin cep telefonuna entegrasyonu araştırılmıştır. Araştırmaların sonucunda cep telefonuna entegre edilen yonca anten dizilerinin özgül soğurma oranı incelenmiştir.

The millimeter-wave (mmWave) antennas for smartphones are one of the key components to complete the transition to 5G mobile networks. Although research and development of mmWave 5G antennas for cellular handsets is currently at the center of a significant research effort in both academia and telecommunication industry, a systematic antenna design procedure approved by wireless communication community is not proposed yet. In this thesis, a novel, high gain, compact size and wide band mmWave 5G antenna, called `clover antenna`, is introduced as cellular handset antennas. The presented antenna has a clover like conductor profile whose parameters can be adjusted to obtain high gain or wide band. The designed antennas are simulated with a widely used full-wave analysis tool. Numerical results of the mmWave antenna successfully satisfy the 5G demand in 64-71 GHz band. Besides, designing 4, 8 and16-element clover antenna arrays, the beam steering capability of the antenna is demonstrated and practical design considerations for the integration of the arrays in handset for achieving full-coverage in horizontal plane are investigated. At the end of the investigations, the specific absorption rate of clover antenna arrays integrated into the mobile phone is studied.