Kablosuz Dairesel Polarize Antenler Tasarımı Ve Araştırması

Abstract

Son yıllarda kablosuz haberleşme uygulamalarında gerçekleşen artış nedeniyle, söz konusu sistemlerin performanslarının iyileştirilmesine yönelik araştırmalar önemli bir çalışma alanı oluşturmaktadır. Bu sistemlerin en önemli parçalarından birisini oluşturan antenler konusunda yoğun çalışmalar sürdürülmektedir. Bir çok anten türü arasından dairesel polarize (DP) antenler, polarizasyon uyumsuzluğu ve çok yollu sönümlenme etkilerini azaltmak gibi vazgeçilmez özellikleri nedeniyle en çok tercih edilen antenlerdir. Geniş banttan ve düşük profilden faydalanmak için, yama antenler ve anten toprağı yapıları üzerinde farklı teknikler uygulanarak farklı şekil ve tasarımlarda geniş bantlı dairesel polarize yarık antenler geliştirilmiştir. Yama, mikroşerit ve mikroşerit yarık antenler, entegre devre sistemlerine uyumlulukları nedeniyle, dairesel polarize yapılarda sıklıkla kullanılmaktadır. Son zamanlarda, dairesel polarize çalışma bantları oluşturmak amacıyla farklı yöntemler geliştirilmektedir. Bu yöntemlerin bazıları, yarığın iki zıt köşesine iki adet ters L topraklanmış şerit yerleştirilmesi, yarığa spiral yarıklar yerleştirilmesi, kısa devre edilmiş kare ve annular halka yarıklarının kullanılması, kıvrımlı yarıklar ve kıvrık hat kullanılmasıdır. Ancak, literatürde bulunan antenlerin büyük kısmı 80mm × 80mm, 60mm × 60mm gibi büyük boyutlara, dar empedans uyumuna veya küçük eksensel oran bant genişliğine sahiptirler. Bu tez, dairesel polarize antenlerin hem besleme hem de yarık yapıları için yeni teknikler önermektedir. Bu tez çalışmasında sunulan antenler iki farklı kategoride tasarlanmıştır. İlk kategori daha önce sunulan antenlerin band uyumluluğu ve eksenel optimizasiyonu üzerine yapılmıştır. İkinci kategori tamamen yeni tasarımlardan oluşmuştur. Kapsamlı simülasyon ve yapılan ölçümler sayesinde, tüm tasarlanmış antenler optimize edilmiştir. Tüm tasarlanmış antenler Ansoft Yüksek Frekans Yapı Simülatörüyle (HFSS) simule edilmiş ve İstanbul Teknik Üniversitesi anekoik yansımasız odasında ölçülmüştür.

Due to the increasing usage of wireless communication applications, the performance improvement studies of such systems has found a growing investigation area in recent years. Antennas as one of the most important parts of these systems have gained a great attention. Among the various types of antennas, circularly polarized (CP) antennas are the most desired ones, owing to their inevitable merits like reducing polarization mismatch and multipath fading. To benefit from broadband and low profiles, various shapes and designs of broadband circularly polarized slot antennas have been developed by applying different techniques on patch and ground structures. Patch, microstrip and slot antennas due to their compatibility with integrated circuit systems are widely being used in circularly polarized structures. Recently different methods are presented for creating circularly polarized operation band. Embedding two inverted-L grounded strips around two opposite corners of the slot, embedding spiral slots in the slot, utilizing a shorted square-ring slot, annular-ring slots, the corrugated slot and meander line are of the most popular and recently presented techniques. But most of the presented antennas in the current literature have either large sizes as 80mm × 80mm, 60mm × 60mm or narrow impedance matching as well as small axial ratio bandwidths. This thesis presents new techniques both in slot structures and feeding structures of circularly polarized antennas. Using these new techniques important results regarding the impedance matching and axial ratio bandwidth of the designed antennas are achieved. Antennas presented in this thesis work are designed in two different catagories. The first catagory are the antennas based on optimizing the size and axial ratio and impedance matching bandwidths of the previously reported antennas. The second catagory are the novel designs and new techniques that are obtained during the studies done for this work. Through extensive simulation and measurements done, the designed antennas are all optimized and presented. All the designed antennas are simulated using Ansoft High Frequency Structure Simulator (HFSS) and measured in the anechoic chamber of Istanbul Technical University.