Bir Mikrodalga Antenin Işıma Ana Hüzmesinin Ayarlı Bir Toprak Düzlemiyle Yönlendirilmesi

Abstract

Bu tezde, GSM 1800MHz ve UMTS 2000MHz bandında çalışmaya uygun, hüzme yönlendirmeli bir düzlemsel monopol anten tasarımı, benzetimi ve testleri anlatılmıştır. Son yıllarda hüzme yönlendirmeli anten sistemlerine yönelik çalışmalar artmıştır. Bunda, kablosuz haberleşme sistemlerindeki artan veri hızı talepleri ve kullanıcı sayısı etkili olmuştur. Akıllı anten sistemleri veya uyarlanabilir anten dizilerinin GSM baz istasyonlarında kullanımı önerilmiştir. Fakat bu çok yaygınlaşmamıştır. Zira sistemi kurmak yüksek bir maliyet gerektirir. GSM şebekelerinde yanyana olan hücrelerdeki girişimi azaltmak için eğim verme mekanizmaları kullanılmaktadır. Bu eğim verme mekanizmaları elektriksel ve mekanik eğim verme olarak ikiye ayrılır. Antenin yatay veya düşey düzlemdeki ışıma örüntüsüne etkiyerek, hücrenin kapsama alanı değiştirilir. Fakat bu mekanizmaların sunduğu hareket kabiliyeti sınırlıdır. Özellikle kullanıcı trafiği yoğunluğunun, hücre içerisinde gün içerisinde belli saatlerde değiştiği durumlarda, antenin yayın yönünü veya kapsama alanını değiştirmek, GSM sisteminin etkin kapasite kullanımını artıracaktır. Bu amaçla geliştirdiğimiz anten, yeniden yapılandırılabilir bir yapıdadır. Monopol antenin toprak plakasının dinamik olarak değişiminin kontrol edilmesiyle, hüzmenin yatayda yönlendiğini gösterilmiştir. Çalışmada antenin tasarımı (i), ANSOFT HFSS yazılımı ile benzetimi (ii) ve laboratuar ölçümleri (iii) gösterilmiştir. Antenin tek bir yapılandırma için test sonuçları verilmiştir. Benzetim sonuçları ile antenin hüzmesinin yatayda 360 derece çevrilebildiği gösterilmiştir. Benzetim sonuçları ve ölçüm sonuçları büyük oranda uyuşmaktadır. İlerdeki bir çalışma olarak geliştirilen antenin toprak plakasının dinamik olarak değiştirilmesi ile bu antenin ışıma örüntüsünün 360 derece çevrilebileceğini, test sonuçları destekler niteliktedir. Antenin kazancı 1.7GHz-2.3GHz bandında 5-7dB arasında olup yatayda ve düşeyde neredeyse değişmezdir. Antenin ışımasının maksimum olduğu doğrultu yatayla 40 derece civarı bir açı yapmaktadır bu durum antenin baz istasyonu kulesinde uygun kunumlandırıldığında gücün hepsini sahaya verebilmesi ve diğer yönlere gereksiz yayınım yapmamasını sağlayacaktır.

In this thesis, a new, reconfigurable, beam scanning planar monopole antenna designs are introduced for use in GSM 1800MHz and UMTS 2000MHz mobile communication systems as base station antennas. In last decades beamforming antenna systems are deeply studied by many researchers. It is a result of increasing demand on data rate and subscribers counts. Smart antenna systems or adaptive array antennas are suggested for usage in GSM base stations. Even it can be a complete solution for this challenges, it hasn‟t become widespread cause of its high cost. Several tilting mechanisms are used for decreasing interferences between adcesent GSM cells. Tilting mechanisms are divided two sections as electrical tilting and mechanical tilting. These mechanisms are based on affecting antennas horizontal and azimuth radiation patterns and changing their coverages. But these mechanisms mobility is limited. Especially the case of changing subscribers traffic density in specific hours of a day, controlling antennas radiation direction will increase the usage of capacity of a GSM cell. The antenna which is designed for this propose has reconfigurable structure. It is demonstrated that with reconfigurating monopole antennas ground plane change the antenna horizontal radiation pattern in demanded direction. In this study, the antenna design (i), simulation results with using ANSOFT HFSS software (ii) and laboratory tests (iii) are introduced. The test result is given a one configuration of the antenna. Simulation results show the antenna horizontal radiation pattern can be rotate 360 degrees. As a future work, with adding to moving mechanism to the antenna ground plane can make possible rotation of horizontal radiation pattern. The antenna gain in 1.7GHz-2.3GHz frequency band is between 5-7dB and almost stable in horizontal and vertical plane. The antenna maksimum radiation direction has almost 40 degrees angle with horizontal plane. That shows if the antenna is placed in an appropriate position on a base station tower, all radiation of antenna can get to the ground and almost any power isn‟t wasted.