Kablosuz Haberleşme Uygulamaları için Çoklu Bant Yüzeysel Devrilmiş-F
Anten Tasarımı
Jiyan Avcı1
S. Cumhur Başaran2
1,2
Akdeniz Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Elektrik-Elektronik Bölümü
Kampus, 07058 Antalya
E-mail:[email protected], [email protected]
Özet: Bu bildiride, yarık-halka elemanını temel alan yeni bir çoklu bant yüzeysel devrilmiş-F anten (YDFA)
tasarımı sunulmaktadır. Önerilen anten iç-içe yerleştirilmiş olan iki yarık-halka elemanı ve bu elemanlar
arasına yerleştirilmiş olan üç adet metalik yüklemeden oluşmaktadır. Oldukça küçük boyutlarda ve kompakt
yapıdaki anten 1.65, 3.97 ve 5.15 GHz merkezli, sırasıyla %30, %7 ve %6 bant genişliklerinde üçlü-bant bir
performans sergilemekte, bu özelliğiyle uluslararası standartlar uyarınca GPS, DCS ve WLAN uygulamaları
için tahsis edilmiş olan neredeyse bütün frekans bantlarını kapsamaktadır. Ayrıca, önerilen YDFA ilgili frekans
bantlarında oldukça düzgün bir ışıma performansı sergilemektedir.
Abstract: In this paper, a novel multi band planar inverted-F antenna (PIFA) based on split-ring elements is
presented. The proposed antenna consists of two concentric split-ring elements and three metallic loadings
inserted between the rings. The antenna fairly small and compact structure provides three band performances at
1.65, 3.97, and 5.15 GHz with 30%, 7%, and 6% bandwidths, respectively, and it covers almost all frequency
bands for GPS, DCS and WLAN applications tanks to the feature. In addition, the proposed PIFA exhibits
uniform radiation performance at the respective frequency bands.
1. Giriş
Kullanıcıya hareket serbestliği sağlamalarının yanı sıra, bilgiye her yönden ve hızlı erişim olanağı sunan
kablosuz haberleşme uygulamaları geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. GPS (Global Positioning System), DCS
(Digital Communication Systems) ve WLAN (Wireless Local Area Network) kablosuz haberleşmenin önemli
uygulama alanlarındandır. Bu uygulamalarda kullanılan cep telefonu, dizüstü bilgisayar ve navigasyon aleti gibi
taşınabilir cihazların olabildiğince küçük boyutlarda ve değişik biçimlerde üretilmesi, söz konusu cihazlara
adapte edilebilecek boyutlardaki fonksiyonel antenlerin tasarımını zorunlu hale getirmiştir. Ayrıca, uluslararası
standartlar uyarınca çeşitli frekans bantlarında gerçekleşen kablosuz haberleşme uygulamalarının tek bir anten
elemanıyla sağlanabilmesi, ilgili antenin çoklu-bant veya geniş-bant performans göstermesi ile mümkün
olabilmektedir. Optimum konumda kısa devre pin’i kullanılarak elde edilen Yüzeysel Devrilmiş-F Antenler
(YDFA) geniş bant veya çoklu bant anten tasarımlarında özellikle tercih edilmektedirler [13]. Bilindiği gibi,
YDFA tasarımlarında antenin fiziki boyutu değişmezken elektriksel boyutu yaklaşık olarak iki katına çıkmakta
böylece rezonans frekansı daha aşağı değerlere kaymaktadır.
Bu çalışmada, yarık-halka(YH) elemanını temel alan yeni bir çoklu bant YDFA tasarımı gerçekleştirilmiştir.
etametaryal yapıların temel yapı taşı özelliğine sahip YH elemanları farklı uygulamalar için tasarlanan pek çok
anten tasarımında kullanılmışlardır [46]. WLAN uygulamaları için önerilen tipik düzlemsel yapıdaki YHmikroşerit anten [4], oldukça küçük boyutlarda olmasına karşın, frekans bandı dar ve kazancı düşüktür. Daha
yüksek bant genişliği ve kazanç değerlerine sahip bir anten elde edebilmek için, YH elemanlarını temel alan
monopol yapıdaki yeni bir tasarım önerilmiştir [5]. [4,5]’ den farklı olarak komplement YH elemanlarını temel
alan ve frekansı ayarlanabilir yeni bir anten tasarımı ise literatürde yerini almıştır [6]. Bu bildiride önerilen anten
ise [4-5]’ de gerçekleştirilen antenler gibi YH elemanlarını kullanmakta fakat bunlardan farklı olarak YDFA
tipinde bir tasarım önerilmiştir. Ayrıca, önerilen anten çoklu bant performans göstermekte ve [4-6]’ dan farklı
olarak daha fazla uygulama alanını aynı anda kapsamaktadır.
2. Çoklu Bant Yüzeysel Devrilmiş-F Anten
Sayısız parametrik çalışmalar sonucunda arzu edilen uygulama frekanslarını tamamen kapsayan optimum anten
yapısı elde edilmiş ve temel boyutlarıyla birlikte Şekil 1’ de verilmiştir. Görüldüğü üzere önerilen anten yapısı;
iç içe yerleştirilmiş iki yarık-halka elemanı ve bu elemanlar arasında uygun pozisyonlara yerleştirilmiş üç adet
(S1-S3) metalik yüklemeden oluşan bir rezonatöre sahiptir. Anten, toprak düzlemi ve besleme hattı arasına
yerleştirilecek olan bir SMA konektörü aracılığıyla beslenmektedir. Tipik YDFA tasarımlarında olduğu gibi,
toprak düzlemiyle yarık-halka rezonatörü arasında bir kısa devre pini bulunmaktadır. Önerilen YH-YDFA’ nın
HFFS ile elde edilen geri dönüş kaybı karakteristiği Şekil 2’ de verilmektedir. Görüldüğü üzere YH-YDFA,
1.65, 3.97 ve 5.15 GHz merkezli, sırasıyla %30, %7 ve %6 bant genişliklerinde üçlü-bant bir performans
sergilemektedir. Bu özelliğiyle de, GPS (1575 MHz), DCS (171017920MHz) ve WLAN(51505350MHz)
frekans bantlarını bütünüyle kapsamaktadır.
Şekil 1. Önerilen yarık-halka YDFA tasarımı:
(W1= W2=40, L1= L2 =20,wf=7, wp=3, S1, S2 =1×3,
S3=1×2 (hepsi mm),r=6.15.
(a)
Şekil 2. Önerilen antenin frekans cevabı
(b)
(c)
Şekil 3. Önerilen antenin ışıma örüntüleri: a) f=1.65 GHz, b) f=3.97 GHz ve c) f=5.15 GHz.
Önerilen antenin ilgili rezonans frekanslarındaki (f=1.65 GHz, f=3.97 GHz ve f=5.15 GHz) ışıma örüntüleri Şekil
3’de verilmektedir. Görüldüğü gibi, YH-YDFA’nn 5.25 GHz deki E/H düzlem ışıma örüntüleri olabildiğince
düzgün bir ışıma performansı sergilemektedir. Antenin gerçek kazanç değerleri ise ilgili frekans bantlarında
hesaplanmıştır. Buna göre anten kazancı: GPS, PCS ve DCS uygulama frekans bantlarını kapsayan 1.52 GHz
frekans bandında 02 dBi seviyelerinde değişirken, WLAN uygulama frekans bandını kapsayan 5.155.35 GHz
frekans bandında ise 03 dBi seviyelerindedir.
3. Sonuçlar
Bildiride, GPS, WLAN ve DCS uygulamaları için yarık-halka elemanlarını temel alan yeni bir çoklu-bant
düzlemsel devrilmiş-F anten tasarımı tanıtılmıştır. Önerilen kompakt yapıdaki antende rezonatör olarak İç-içe
geçmiş iki yarık halka elemanı ve bu elemanlar arasında uygun pozisyonlara yerleştirilen metalik yüklemeler
kullanılmış ve 1.65 GHz, 3.97 GHz ve 5.15 GHz merkezli sırasıyla %30, %7 ve %6 empedans bant genişliği
performansı elde edilmiştir.
Kaynaklar
[1] Zhang S., Hiong J., ve He S., “MIMO antenna system of two closely positioned PIFAs with high isolation”,
Electron. Lett., vol. 45, no. 15, s. 771–773, 2009.
[2]. Chattha H. T, Huang Y., Lu Y., ve Zhu X., “An ultra-wideband planar inverted F-antenna,”Microwave Opt.
Technol. Lett., vol. 52, no. 10, s. 2285–2288, 2010.
[3] Chattha H. T., Huang Y., Ishfaq M. K., ve Boyes S. J., “Bandwidth enhancement techniques for planar
inverted-F antenna”, IET Microw. Antennas Propag., vol. 5, no. 15, s. 1872–1879, 2011.
[4]. Basaran S. C. ve Erdemli Y. E., “Dual-band split-ring antenna design for WLAN applications”, Turkish J.
Elec. Engin. Comp. Sci., 16(1), s.7986, 2008.
[5]. Basaran S. C. ve Erdemli Y. E., “A dual-band split-ring monopole antenna design for WLAN applications”,
Microwave Opt. Tech. Lett., 51(11), s. 26852688, 2009.
[6]. Başaran S. C., “Design of a frequency reconfigurable monopole antenna with complementary split ring
resonators”, Microwave and Opt. Tech. Lett.,, vol. 56(4), s. 977979, 2014.
Download

tp trakya bölge müdürlüğü eski hükümlü/tmy personel alım ilanı