Görüntüleme dizileri için süperiletken mikroşerit yama anten tasarımı ve testi

Abstract

Anten, elektromanyetik dalgaları belirli bir örüntüde yayan veya algılayan metalikyapıya sahip bir aygıttır. Antenler farklı geometrik yapılarda olup, günümüzde birçokfarklı uygulama alanlarında kullanılmaktadır. Görüntüleme sistemleri de antenlerinbaşlıca kullanıldığı uygulama alanlarından biridir. Artan isterler ve buna bağlı olarakgelişen teknoloji ile günümüzde bu sistemlerin az alan kaplaması beklenmektedir. Bunedenle çoğu görüntüleme sistemi elektronik yonga üzerinde veya düşük alanlı baskıdevre kartları üzerine entegre edilir. Sistem üzerinde bulunan dizilerdeki antenlerinyüksek frekanslarda güç kayıplarının az olması, geniş ve birden fazla frekansbandında çalışması ve kolay üretilebilir olması istenmektedir. Süperiletkenmikroşerit yama antenlerin görüntüleme dizilerinde kullanılması radyofrekanslarında daha az güç kaybına sahip elektriksel olarak küçük antenlerintasarımına olanak sağlar. Bu birçok mevcut süperiletken yama antende sağlanan birdurumdur fakat bu antenlerin geniş ve birden fazla frekans bandında çalışmasıüzerine çok az çalışma yapılmıştır. Çalışmada, süperiletkenlerde yüzey empedansı vesüperiletken yama antenler için rezonans frekansı hesaplama teknikleri kullanılarak bir süperiletken mikroşerit yama anten tasarımı yapılmıştır. Bu anten, 2.7×2.7 mmalana sahip, 18 GHz rezonans frekansına ve antenin üzerinde bulunduğu tabakanındielektrik katsayısına göre elektriksel dalga boyu 0.32λ olan bir antendir. Butasarımda fraktal alan eksiltme yöntemi ile yonga üzerinde bulunan alanda anteninsahip olduğu frekans bandının genişliği arttırılmıştır. Anten için tasarım sonuçlarınıgörebilmek ve gerekli optimizasyonları yapabilmek için üç boyutlu birelektromanyetik benzetim programı kullanılmıştır. Benzetim sonuçlarından, antenkazancı, anten yön duyarlılığı ve anten paterni gibi anten paremetrelerideğerlendirilmiştir. Sonraki adımda ise optimizasyon sonuçlarına göre kabuledilebilir değerleri sağlayan boyutlara sahip anten AIST-STP2 standart üretimsürecine göre ürettirilmiştir. Son olarak, üretilmiş olan anten için test düzeneklerikurulup benzetim sonuçları ve ölçüm sonuçlarının uyumluluğu gösterilmiştir. Butasarım ile görüntüleme dizileri için süperiletken mikroşerit yama antenlerin içindaha az kayba ve daha geniş frekans bandına sahip olmaları sağlanmıştır.

Antenna is a device that has a metallic structure that emits or detects electromagneticwaves in a certain pattern. The antennas are in different geometrical structures andare used in many different applications today. Imaging systems are also one of theapplications where antennas are mainly used. Due to the increasing demand and thetechnology that develops accordingly, it is expected that these systems occupy lessarea today. For this reason most imaging systems are integrated on an electronic chipor on low-area printed circuit boards. The antennas in the system are required to havelow power losses at high frequencies, to work in wide and multiple frequency bands,and to be easily produced. The use of superconducting microstrip patch antennas inimaging arrays allows the design of electrically small antennas with less power lossin radio frequencies. This is a situation where many existing superconducting patchesare available, but a few work has been done on the operation of these antennas inlarge frequency band-widths and multiple frequency bands. In the study, asuperconducting microstrip patch antenna was designed using surface impedance insuperconductors and resonance frequency calculation techniques for superconducting pacth antennas. This antenna has a resonance frequency of 18 GHz with an area of2.7×2.7 mm and an electrical wavelength of 0.32λ according to the dielectriccoefficient of substrate which the antenna placed on. In this design, the bandwidth ofthe frequency band that the antenna on the chip has is increased by the fractal areasubtraction method. A three-dimensional electromagnetic simulation program hasbeen used to see the design results for the antenna and to make the necessaryoptimizations. From the simulation results, antenna parameters such as antenna gain,antenna directivity and antenna pattern were evaluated. In the next step, the antennawhich has acceptable dimensions according to the optimization results, ismanufactured according to the AIST-STP2 standard production process. Finally, testequipments for the manufactured antenna are installed and the simulation results andthe compatibility of the measurement results are shown. This design ensures thatsuperconducting microstrip patch antennas for imaging arrays have less loss and awider frequency band.