5G ve E-band haberleşme frekansları için yeniden yapılandırılabilir antenler

Abstract

Bu tez çalışmasında telekomünikasyon uygulamalarında önemli bir rol oynayan mikrodalga rezonatörler ve metamalzemelerin elektronik olarak kontrolü üzerine araştırmalar gerçekleştirilmiştir. Araştırmalar kapsamında farklı türden rezonatör yapıları tasarlanmış olup ışıma parametreleri elektronik olarak kontrol edilebilir nitelikte modellenmiştir. Rezonatör yapıları telekomünikasyon alanındaki gelişmeleri ve talepleri karşılamak amacıyla farklı frekans alanlarına yönelik olarak tasarlanmıştır. Başta anten olmak üzere mikrodalga rezonatör yapıları birçok telekomünikasyon uygulamasının temel bileşenlerini oluşturmaktadır ve ayrıca farklı türden metamalzeme yapısı entegre edilerek bu rezonatörlerin performansını artırmak mümkün olmaktadır. Çalışmanın ilk bölümünde, yapay sinir ağı modeli kullanılarak bir monopol antenin istenilen ışıma yönü ve şiddetine sahip metalik alttaş düzlem örüntüsünü veren bir model tasarlanmıştır. Bu çalışmadaki model ile bir monopol antenin hangi yöne hangi şiddetle ışıma yapacağı metalik alttaş düzleminin farklı konfigürasyonları ile kontrol edilebileceği gösterilmiştir. İkinci çalışmada ise bir dizi yama anten yapısı kübik bir modele entegre edilerek merkezi bir besleme hattına bağlanmıştır. Merkez besleme hattına RF anahtarlar eklenerek antenin istenilen yöne ışıma yapması sağlanmıştır. Benzer olarak bir diğer çalışmada ise 12 RF anahtar, bir monopol antenin toprak düzlemine entegre edilerek, istenilen yöne tekli veya çoklu ışıma, kontrol edilebilir bir biçimde gerçekleştirilmiştir. Dördüncü çalışmada ise bir metayüzey yapısı yansıtıcı dizi formunda elektronik olarak kontrol edilebilir bir şekilde tasarlanmıştır. Çalışmanın ilerleyen bölümlerinde, 5G frekansı olan 28GHz ve 38GHz frekanslarına yönelik frekans yeniden yapılandırılabilir anten yapıları gerçekleştirilmiştir. Araştırmanın son 3 çalışması, E-band frekanslarına yönelik anten tasarım ve metamalzeme parazitik elemanlarla eklentileri üzerine olmuştur. Önerilen anten yapıları, yüksek frekans haberleşme sistemlerine yönelik olarak tasarlanmıştır. Yapılan 11 farklı araştırma hem nümerik hem de deneysel çalışmalar içermektedir.

In this thesis study, a research was carried out on electronic control of microwave resonators and metamaterials, which play an important role in telecommunication applications. Within the scope of the research, different types of resonator structures were designed and the radiation parameters were modeled as electronically controllable characteristics. Resonator structures are designed for different frequency regions in order to meet the developments and demands in the field of telecommunication systems. Microwave resonator structures, especially antennas, constitute the basic components of many telecommunication applications, and it is also possible to increase the performance of these resonators by integrating different types of metamaterial structures. In the first part of the study, a model that gives the metallic substrate plane pattern of a monopole antenna with the desired radiation direction and intensity was designed using the artificial neural network model. With the model in this study, it has been shown that a monopole antenna can be controlled in which direction and with what intensity it will radiate by different configurations of the metallic substrate plane. In the second study, a series of patch antenna structures were integrated into a cubic model and connected to a central feed line. By adding RF switches to the center feed line, the antenna is enabled to radiate in the desired direction. Similarly, in another study, 12 RF switches were integrated into the ground plane of a monopole antenna and single or multiple radiation in the desired direction was achieved in a controlled manner. In the fourth study, a metasurface structure was designed to be electronically controllable as a reflectarray structure. In the following parts of the study, frequency reconfigurable antenna structures for 28GHz and 38GHz frequencies, which are the 5G frequencies, were realized. The last 3 studies of the research were on antenna design and metamaterial parasitic elements and add-ons for E-band frequencies. The proposed antenna structures were designed for high frequency communication systems. The conducted 11 different studies include both numerical and experimental studies.