Kablosuz haberleşme sistemleri için mikroşerit slot anten yapılarının sayısal analizi, tasarımı ve prototip gerçeklenmesi

Abstract

Hızlı bir gelişim içerisindeki günümüz modern kablosuz haberleşme sistemlerinde, bilginin, veri, ses ve video hizmetleri olarak geniş bant ve yüksek haberleşme hızında, yerel veya geniş alanda güvenli bir şekilde kullanıcıya ulaştırılması hedeflenmektedir. Bu amaçla hizmet veren, WLAN, WiMAX ve UWB kablosuz iletişim sistemlerinde çoklu-bant ve geniş-bantlı kompakt antenlere olan talep ve önem her geçen gün artmaktadır. Küçük hacimli, üretimlerinin kolay ve maliyetlerinin düşük olması sebebiyle mikroşerit antenler ilgili kablosuz haberleşme sistemlerinde tercih edilmektedirler.Bu tez çalışmasında, geniş-slot anten elemanını temel alan, özgün mikroşerit anten yapılarının sayısal tasarımı ve prototip gerçeklenmesi hedeflenmiştir. Bu çalışmada, tasarımda ve gerçeklemede sağladığı esneklik sebebiyle geniş-slot elemanı tercih edilmiştir. WiMAX/WLAN uygulamaları için, makul boyutlarda olmakla birlikte oldukça iyi kazanç performansı sergileyen, yeni bir çoklu-bant geniş-slot anten yapısı tasarlanmıştır. Ek olarak, alternatif bir tasarım perspektifi sunmak amacıyla, önerilen çoklu-bant tasarıma ait bir eşdeğer devre modeli ve yanı sıra bazı tasarım parametrelerinin bastırma frekanslarıyla ilişkilendirildiği ampirik bir formülasyon geliştirilmiştir. Çift durdurma-bandına sahip bir başka geniş-slot anten yapısı da parazitik girişimden arındırılmış UWB uygulamaları için tasarlanmıştır. Ayrıca, varaktör diyotlar aracılığıyla ilgili durdurma frekanslarının ayarlanabileceği sayısal analiz sonuçlarıyla gösterilmiştir. Son olarak, bir UWB dizi anten tasarımının performansı, sayısal benzetimi gerçekleştirilmiş bir duvar arkası görüntüleme senaryosunda incelemiştir. İlgili analiz sonuçlarına göre, önerilen UWB dizi antenin böyle bir uygulamada kullanılabileceği değerlendirilmiştir.Anten tasarımlarının sayısal analizleri, CST Microwave Studio benzetim yazılımı ile gerçekleştirilmiş ve anten prototipleri standart baskı-devre teknolojisiyle imal edilmiştir. İlgili ölçüm ve benzetim sonuçlarının oldukça uyumlu olduğu gözlenmiştir.

In today?s rapidly evolving modern wireless communication systems, it is aimed to convey information (such as data, voice, and video) to the user securely with a high mobility and high data rate at either local or wide scale. Importance and demand of multi-band and wide-band compact antennas in the wireless communication services, namely, WiMAX, WLAN, and UWB has been increased in recent years. Microstrip antennas have been preferred in such communication services owing to their low-profile, low-cost, and ease-of-fabrication features. The goal of this thesis is the design and prototype fabrication of novel microstrip antenna structures based on wide-slot antenna elements. The wide-slot element is preferred in this study due to its flexibility in designing and implementation. A new multi-band wide-slot antenna structure with moderate size yet quite well gain performance has been designed to be used for WiMAX/WLAN operations. In addition, an equivalent circuit modeling for the proposed design along with empirical formulae relating some design parameters and notch frequencies are introduced to offer an alternative design perspective. Another wide-slot antenna structure with dual notch-band function has been designed to be utilized for interference-free UWB applications. Also, it has numerically been shown that those notch-bands can be frequency-tuned by means of varactor diodes. Finally, an UWB antenna array design has been considered in a simulated through-wall-imaging scenario. It has numerically been demonstrated that the proposed UWB antenna may be a good candidate for such an application.The numerical analysis and design of the proposed antenna designs were carried out using CST Microwave Studio, and the antenna prototypes were fabricated using the standard printed-circuit technology. It is observed that the simulations and the corresponding antenna measurements are in quite good agreement.