Investigation and improvement of ultra wideband antenna characteristics

Abstract

Bu çalışmada, Ultra-Geniş Bant (UGB) iletişim sistemleri için anten tasarımı yapılmış ve UGB sistemlerde anten performansını belirlemek için anten parametreleri analiz edilmiştir. Yarım dalga dipol, kelebek ve mikro şerit antenleri gibi çeşitli Ultra Geniş Bant anten yapıları, tasarlanmış ve UGB frekans aralığının tamamında, yani 3.1 - 10.6 GHz' de incelenmiştir. UGB antenlerinin tümünün benzetimi CST Mikrodalga Stüdyo programı ile yapılmıştır. Benzetim ve tasarım işlemi sırasında Geri Dönüş Kaybı (S11), Duran Dalga Oranı ve radyasyon örüntüsü gibi önemli anten parametreleri incelenmiştir. Anten bant genişliğinin ve anten performansının UGB frekans aralığında arttırılması için bazı bant genişliği iyileştirme teknikleri uygulanmıştır. Bu teknikler kelebek anten için kol kenarlarının eğilmesi ve kesilmesi, mikroşerit anten içinse yama geometrisinin değiştirilmesi şeklinde uygulanmıştır. Daha sonra verimli anten yapılarından birkaçı,Genetik Algoritma ve Parçacık Sürüsü Optimizasyonu gibi evrimsel algoritmalar ile optimize edilmek üzere seçildi. Buna ek olarak, seçilen anten yapılarını UWB frekans aralığında daha verimli bir şekilde kullanmak için optimizasyon prosedürlerinin etkisi araştırılmıştır.

In this study, antenna design is performed for Ultra-Wideband (UWB) communication systems and antenna parameters are analysed for determining the antenna performance in UWB systems. Various Ultra- Wideband antenna structures, including half wave dipole, bowtie antenna, and microstrip antenna, are designed and examined in the entire UWB frequency range, i.e. 3.1-10.6 GHz. All of the proposed antenna types are simulated through CST Microwave Studio programme. During the simulation and design process, the crucial antenna parameters such as Return Loss (S11), Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) and radiation pattern are investigated. Some bandwidth enhancement techniques are applied for enhancement of the bandwidth and antenna performance over the UWB frequency range. These techniques include bevelling and truncating the arm edges for bowtie antenna, and changing the patch geometry for microstrip patch antenna. Then, some of the efficient antenna structures are selected in order to be optimized with evolutionary algorithms such as Genetic Algorithm and Particle Swarm Optimization. Furthermore, the effects of the optimization procedures are investigated to utilize the selected antenna structures more effectively in the UWB frequency range.