UMTS ve WIMAX uygulamaları için c şekilli kompakt mikroşerit anten tasarımı ve gerçekleştirilmesi

Abstract

Son yılların en popüler mobil haberleşme teknolojileri olarak görülen UMTS ve WiMAX, üçüncü ve dördüncü nesil kullanıcılara yönelik geliştirilen mobil telefonlar vasıtasıyla yüksek kaliteli ses ve veri iletimlerine olanak vermektedir. Bu sayede yeni nesil mobil telefonlar kullanıcılarına sesli ve yazılı görüşmenin yanı sıra görüntülü görüşme, görüntülü mesaj, müzik çalar, video oyunları, internet, veri transferi ve hatta ofis uygulamaları gibi diğer tüm bilgisayar işlevlerine ulaştırabilmektedir. Ancak sağlanan tüm bu servislerin yanında bir mobil telefondan beklenen en önemli özellik hafif ve küçük hacimli olmasıdır. Bu nedenle cihazlarda kullanılan elemanlar da bu profili bozmayacak derecede küçük boyutlarda tasarlanmalıdır.Mobil telefonların boyut özelliklerini etkileyen elemanların başında antenler gelir. Eski modellerde genellikle harici anten yapıları kullanılırken, gelişmiş modellerde anten cihaz içerisine monte edilebilecek şekilde tasarlanır. Bundan dolayı mobil telefonlarda genellikle baskı devre teknolojisi ile istenilen boyutlarda üretilebilen mikroşerit yama antenler kullanılmaktadır.Bu çalışmada arzu edilen boyut özelliklerine sahip, 1900-2200 MHz UMTS bandında, 3400-3600 MHz WiMAX bandında verimli şekilde çalışabilecek sırasıyla 2.05 GHz merkez frekansı civarında rezonansa giren ve 3.5 GHz merkez frekansı civarında rezonansa giren iki adet mikroşerit yama anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan antenler; mikroşerit hat ile beslenmiş, dikdörtgensel iletken yamaya sahip, monopol anten karakteristiği gösteren antenlerdir. Tasarım aracı olarak elektromanyetik alan benzetim ortamı olan Ansoft HFSS paket programı kullanılmıştır. Antenler için tasarım süreci iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk aşamada UMTS bandı içerisinde ve WiMAX bandı içerisinde ışıma yapan monopol yapılar oluşturulmuştur. Sonrasında ise bu monopol yapılar üzerinde c şeklinde açıklıklar oluşturularak arzu edilen anten geometrileri tasarlanmış ve boyutlara ilişkin parametrelerin değerleri teker teker değiştirilerek antenler, UMTS bandını ve WiMAX bandını tamamen kapsayan verimli yapılara dönüştürülmüşlerdir. FR4 bakır plaket üzerine gerçekleştirilen UMTS anteninin boyutları 50 x 50 x 1.6 mm3, WiMAX anteninin boyutları ise 33.25 x 33.25 x 1.6 mm3 dir.

UMTS and WiMAX, known as the most popular mobile communication technologies, allows high quality sound and data transmission through mobile phones developed for third generation users. Thus, new generation mobile phones provides vocal and written communication as well as video calls, video messages, music player, video games, internet, data transfer and even other computer functions as office applications for their users. However, besides these services, the most important feature expected from a mobile phone is being light and low profile. For this reason, the components used in these devices must be designed in small sizes in order not to damage this profile.Antennas are the most important components in the mobile phones that affect dimension features. While external antennas were used in old models, antenna is generally designed as mountable to device in developed models. For this reason, microstrip patch antenna which can be produced in intended dimensions with printed circuit board technology is generally used in mobile phones.In this research, designs of microstip patch antennas can work efficiently in 1900-2200 MHz band for UMTS, 3400-3600 MHz band for WiMAX respectively enters around 2.05 GHz center frequency resonance and enters around 3.5 GHz center frequency resonance are achieved. Designed antennas are fed by microstrip lines, have rectangular conductive patch, show characteristics of monopole antenna. Ansoft HFSS packaged software which is full-wave electromagnetic field simulation environment is used as design tool. For antennas design processes are investigated in two phase. Firstly, create of monopole structure, which is used as servant, in UMTS band and in WiMAX are handled. Then, desirable antennas geometries are designed by forming c-shape slots in monopole structure and by changing parameter values related to dimensions one by one, antennas are converted into an effective structures which completely covers UMTS band and WiMAX band. Dimension of realized UMTS antenna on the FR4 copper plaque is 50 x 50 x 1.6 mm3 and dimension of realized WiMAX antenna on the FR4 copper plaque is 33.25 x 33.25 x 1.6 mm3.