5G uygulamaları için dairesel polarizasyonlu ve metayüzeyli mikroşerit MIMO anten tasarımı

Abstract

Bu tez çalışmasında, 6 GHz altı 5G frekans spektrumuna yönelik n78 bandı olarak adlandırılan 3.3-3.8 GHz frekans aralığında 4x4 çok girişli çok çıkışlı bir anten tasarımı hedeflenmiştir. Öncelikle çok girişli, çok çıkışlı anten tasarımında kullanılacak olan mikroşerit anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Mikroşerit antenin dairesel polarizasyonda çalışması için kare yama tercih edilmiştir. Tercih edilen kare yamanın köşelerinde sol el dairesel polarizasyona yönelik kesik daire ve kesik üçgen kullanılmıştır. Yapılan tasarımlara göre köşelerinden kesik daire kullanılarak yapılan mikroşerit anten tasarımı kesik üçgen kullanılarak yapılan tasarıma göre daha iyi sonuç vermiştir. Sol el dairesel polarizasyona yönelik köşelerinde kesik daire oluşturularak tasarlanan mikroşerit antenin performansını artırmak için üzerine hava boşluğu olmadan 4x4 metayüzey yerleştirilmiştir. Böylece metayüzeyin oluşturduğu yüzey dalgalarının kesim frekanslarında mikroşerit anten rezonansa girmiştir. Mikroşerit antenin istenilen yansıma katsayısı ve eksenel oranı aşağı frekansta (3.4 GHz) iken metayüzeyin yüzey dalgaları yukarı frekanslardadır (3.9-4 GHz). Bu sayede anten geniş bantta çalışmaktadır. Kullanılan metayüzey sayesinde FR-4 alttaş malzemesi ile tasarlanan bu antenin verimliliği, kazancı artmıştır ve geniş bantta dairesel polarizasyonda çalışması sağlanmıştır. Ayrıca mikroşerit yama antenin ortasında çapraz yarık oluşturularak metayüzeyli mikroşerit anten daha düşük yansıma katsayısına sahip olmuştur. Metayüzeyli mikroşerit antenin tasarımında kullanılan alttaş malzemesinin kalınlıkları ve kullanılan alttaş malzemesinin performansa etkileri incelenmiştir. Ayrıca tasarımda kullanılan 4x4 metayüzeyin köşelerinden kesik daire şekli oluşturularak antenin dairesel polarizasyon bant genişliği artırılmış ve daha geniş bantta yüksek kazanç elde edilmesi sağlanmıştır. TLC-32 alttaş malzemesi kullanılarak tasarlanan metayüzeyli mikroşerit anten ile 6 GHz altı 5G uygulamalarına yönelik 3.3-3.8 GHz' te dört kapılı (iki kapı sağ el dairesel, iki kapı sol el dairesel polarizasyon) olacak şekilde MIMO anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan MIMO antenin 1. ve 3. kapıları sol el dairesel polarizasyona yönelik iken 2. ve 4. kapıları sağ el dairesel polarizasyona yöneliktir ve her kapı kendi aralarında 90° döndürülerek tasarlanmıştır. MIMO antenin izolasyonunu artırmak için MIMO antenin ortasında alttaşa entegreli dalga kılavuzu yapısı kullanılmıştır. Buna ek olarak mikroşerit anten katmanına ve metayüzey katmanına parazitik elemanlar eklenmiştir. Böylece tasarımı gerçekleştirilen MIMO anten yüksek izolasyonlu ve kapılarının hepsi yüksek kazançlı olacak şekilde dairesel polarizasyonda çalışmaktadır.