Dielektrik rezonatör anten yapılarının incelenmesi

Abstract

Dielektrik Rezonatör Antenler (DRA), küçük boyutları, yüksek ışıma etkinlikleri,mekanik yapılarının basitliği, yüksek frekanslarda verimli çalışabilmeleri ve iletimhatları ile bağlaşımlarının kolaylığı ile birçok yararlı özellikler sağlamaktadır. Değişikşekillerde tasarımları mümkün olmakla birlikte, dikdörtgen DRA'lar, yapımlarındakikolaylıklar ve farklı uygulamaların gereklerine göre boyut oranlarının özgürceseçilebilmesinden ötürü literatürde özel bir ilgi görmekte ve çeşitli kullanım alanlarıbulmaktadır. Dikdörtgen DRA'ların elektromanyetik analizinde, Dielektrik DalgaKılavuzu Modeli (DDKM) sıklıkla kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında ilk olarak tekkatmanlı DDRA'lar için rezonans frekansı, ışıma örüntüsü ve ışıma Q faktörühesaplamaları bu modele dayanılarak gerçekleştirilmiştir. Geliştirilmiş DielektrikDalga Kılavuzu Modeli (GDDKM) de literatürde izleyen yıllarda ortaya atılmış olan birbaşka model olup, çalışmaların devamında tek katmanlı DDRA'larda ışıma Q faktörübelirlenmesinde GDDKM üzerinden yeni bir yöntem geliştirilmiş ve önceki sonuçlarlakıyaslanarak sağlanan iyileştirmeler sunulmuştur. DDKM ve GDDKM ile sağlanansonuçlar karşılaştırılarak, birbirlerine üstünlükleri tartışılmıştır. Dikdörtgen DRA'nıntasarım aşamasında kullanılmak üzere yapısal parametrelerinin rezonans frekansı veışıma Q faktörü üzerindeki etkileri farklı durumlar için gösterilmiştir. Çalışmanındevamında tek katmanlı anten yapısının ışıma örüntülerinin formülasyonugerçekleştirilerek elde edilen sonuçların literatürden sağlanan deneysel verilerleyakın uyum içinde oldukları gösterilmiştir. Tez çalışmasının son bölümünde ise çokkatmanlı anten yapıları ele alınarak tasarımlarda esneklik sağlanması hedeflenmiştir.Çok katmanlı dikdörtgen dielektrik rezonatör antenlerin (ÇKDDRA) rezonansfrekanslarının Basit Statik Kapasitans Modeli (BSKM) ve Ağırlıklandırılmış OrtalamaModeli (AOM) ile hesaplamaları gerçekleştirildikten sonra BSKM ve AOM tabanlı yenibir model olan ve ağırlıklandırılmış bir rezonans frekansı formülüne dayananGeliştirilmiş Ağırlıklandırılmış Ortalama Modeli (GAOM) önerilmiştir. Bu modelingenel bir ÇKDDRA'nın rezonans frekansı hesabında kullanılmasıyla sağlananiyileştirmeler mevcut teorik ve deneysel sonuçlarla kıyaslamalar yapılarakgösterilmiştir.Anahtar Kelimeler: Dielektrik Rezonatör Anten, Dielektrik Dalga Kılavuzu Modeli,Basit Statik Kapasitans Modeli, Ağırlıklandırılmış Ortalama Modeli, Çok KatmanlıDielektrik Rezonatör Anten, Rezonans Frekansı, Işıma Q Faktörü, Işıma Örüntüsü.

Dielectric resonator antennas (DRA) offer lots of attractive features such as smallsize, high radiation efficiency, simple mechanical structure, effective operation at highfrequencies and easy transmission line coupling. Even though different structuralconfigurations are possible in design stage, rectangular DRAs are of special practicalinterest in literature and find various applications due to their easy fabrication andfreedom in adjustment of dimensional ratios. In electromagnetic analysis ofrectangular DRA (RDRA), Dielectric Waveguide Model (DWM) has been widely used.In this thesis, firstly, on the basis of this method resonant frequency, radiation patternand the radiation Q factor are determined for one segment RDRA. ModifiedDielectric Waveguide Model (MDWM) is another model proposed in following yearsfor the analyses of RDRAs in literature. In order to determine radiation Q factors ofone segment RDRA, a new method is proposed depending on MDWM and resultsare compared with the available values in literature. Superiorities of DWM andMDWM are determined and discussed by comparing the results provided by eachmodel. Effects of the structural parameters of RDRAs on the resonant frequency andradiation Q factor are investigated for different parameter cases. Later, radiationpatterns are obtained for one segment RDRAs. The close agreement of the resultswith experimental plots available in literature is shown. In the last part of the study,rectangular multi-segment dielectric resonator antennas (MSRDRA) are analysedfirstly by using Simple Capacitance Model (SCM) and Weighted Average Model(WAM) in order to determine resonant frequencies of multi-layered structure. On thebasis of SCM and WAM, a new model, named as Modified Weighted Average Model(MWAM) is developed depending mainly on the usage of weighted resonantfrequency formula. The resulting improvements in the calculation of resonantfrequency depending on this weighted model are shown by comparing the obtainedresults with the available theoretical and experimental results in literature.Keywords: Dielectric Resonator Antenna, Dielectric Waveguide Model, SimpleCapacitance Model, Weighted Average Model, Multisegment Dielectric ResonatorAntenna, Resonance Frequency, Radiation Q Factor, Radiation Pattern