Metamalzeme kullanılarak eş benzetim ile mikroşerit anten tasarımı ve optimizasyonu

Abstract

Kapsama alanı ve yüksek veri iletim hız dengesi açısından 3.00-4.00 GHz frekans bandı 5G şebekesinin ana frekans bandını oluşturacaktır. Bu çalışmada 3.00-4.00 GHz frekans bandı için geri dönüş kaybı -10dB'den küçük mikroşerit anten tasarımları gerçekleştirilmiştir. Anten tasarımları MATLAB ve CST MW Studio yazılımları arası oluşturulan eş benzetim ile sağlanmıştır. Mikroşerit antenlerin geometrik ölçüleri için genetik algoritma uygulanarak optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon sonucunda 3.5 GHz rezonans frekansında geniş bantlı antenler elde edilmiştir. Karesel yarık halka rezonatör tasarımı yapılıp, geometrik ölçüleri için genetik algoritma uygulanarak optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon sonucunda 3.00-4.00 GHz frekans bandında negatif elektriksel geçirgenliğe ve manyetik geçirgenliğe sahip birim hücre metamalzeme elde edilmiştir. Elde edilen birim hücre metamalzeme 4x4 dizi yapıda bir araya getirilip mikroşerit anten ile birlikte kullanılarak anten kazancı arttırılmıştır. Genetik algoritma ile optimize edilen antenler ve metamalzeme ile birlikte kullanılan mikroşerit anten benzer frekans aralığında yapılan bazı çalışmalar ile anten parametreleri açısından karşılaştırılmıştır.

In terms of coverage area and high data transmission speed balance, the frequency band of 3.00-4.00 GHz will constitute the main frequency band of the 5G network. In this study, microstrip antennas with a less than -10 dB return loss are designed for the frequency band of 3.00-4.00 GHz. Antenna designs are provided with co-simulation between MATLAB and CST MW Studio software. The geometric dimensions of microstrip antennas have been optimized using genetic algorithm. As a result of the optimization process, wideband antennas with 3.5 GHz resonance frequency are obtained. Square split ring resonator is designed and geometric dimensions of it have been optimized using genetic algorithm. As a result of the optimization process, a metamaterial unit cell with negative permittivity and negative permeability is obtained between the 3.00-4.00 GHz frequency band. Metamaterial unit cell is combined as a 4x4 array form and antenna gain is increased by using metamaterial with microstrip antenna. Antennas optimized by genetic algorithm and microstrip antenna used with metamaterial are compared in terms of antenna parameters with some studies in the similar frequency range.