[ieee 2014 22nd signal processing and communications applications conference (siu) - trabzon, turkey...

ISM 1800 MHz ve 2450 MHz Frekanslarda Kullanılabilecek Daire ve Dikdörtgen Yarıklı Dual

Band Anten Tasarımı A Circle and Rectangle Slotted Antenna Design for

Using in ISM 1800 MHz and 2450 MHz

Erdem Değirmenci, Hüseyin Akman, Mesud Kahriman Elektrik ve Haberleşme Mühendisliği Bölümü

Süleyman Demirel Üniversitesi Isparta, Türkiye

[email protected],[email protected],[email protected]

Özetçe—Hazırlanan çalışmada ISM frekans bantlarından 1800 MHz ve 2450 MHz frekanslarında kullanılabilecek dual band bir anten tasarlanmıştır. Tasarlanan antene ait benzetim ve ölçümler gerçekleştirilmiştir. Önerilen antene ait yansıma katsayısı, 1800 MHz’te -20 dB, 2450 MHz’te ise -29dB’dir. Işıma örüntüsü ve kazanç değerleri ise tatmin edici yapı ve seviyelerde elde edilmiştir.

Anahtar Kelimeler —Dual Bant Anten, ISM, Yansıma Katsayısı, Işıma Örüntüsü.

Abstract—In proposed work is designed an antenna for use in ISM 1800 MHz and 2450 MHz. Simulation and measurement are realized for proposed antenna. The reflection coefficient is -20dB for 1800 MHz and -29 dB for 2450MHz. Radiation pattern and gain value are obtained on satisfying structure and level.

Keywords — Dual Band Antenan, ISM, Reflection coefficient,Radiation pattern

I. GİRİŞ Mikroşerit antenler, düşük maliyet yapısal basitlik gibi

özelliklerinden dolayı oldukça yaygın kullanım alanına sahiptir. Boyut küçültme, bant genişliği ve kazanç arttırma, mikroşerit antenler konusundaki çalışmalarında önemini muhafaza etmektedir. Özellikle taşınabilir yapıdaki cihazlarda kullanılan antenlerin fiziksel boyutlarının da mümkün olabildiğince küçük olması önemlidir. Bunlara ilave olarak kullanılacak antenin birden fazla frekansta veya geniş frekans bant aralığında çalışabilmesi de ciddi tercih sebebidir. Böylece farklı frekans uygulamaları için tek anten kullanılabilme imkanı olabilmektedir.

Birden fazla frekansta çalışma özelliği gösterebilen anten uygulamaları konusunda çalışmalar ciddi olarak devam etmektedir. Yapılan çalışmalarda anten geometrisi bakımından farklı yapılar kullanılmaktadır. Bazı çalışmalarda yapı olarak yama antenler [1-3] kullanılmakta iken, bazı çalışmalarda pifa [4] yapısı, INF [5] yapısı ve printed monopol anten [6, 7] gibi

farklı anten yapıları kullanılmıştır. Buna ilave olarak önerilen antenlerin çalışma frekansları da kullanım alanına göre farklılıklar göstermektedir. Tek frekans [8] için tasarlanmış antenler olduğu gibi, iki [1, 2, 4-7, 9-11], üç [3, 12, 13] ve geniş frekans bandı [14] için tasarlanmış antenler gerçekleştirilmiştir.

Krishna ve arkadaşları 1.7GHz ve 2.4GHz frekanslarında yüksek verimle çalışan anten önermişlerdir. Önerdikleri anteni, daire yama antenden, açıya bağlı yarık çıkararak gerçekleştirmişlerdir [1]. Srivastavaa ve arkadaşları, karşılıklı iki üçgen geometrisi kullanarak 1.8GHz merkez frekansında ve 2.229GHz - 3.226GHz aralığında çalışan anten önermişlerdir [2]. Navaz ve arkadaşları ise, kablosuz LAN uygulamaları için 2.42GHz, 3.49 ve 4.98GHz frekanslarında çalışan, yontulmuş eliptik yapıya sahip, 4 lü dizi anten önermişlerdir [3].

Hazırlanan çalışmada, ISM bantlarından 1800 MHz ve 2450 MHz frekanslarında, yansıma katsayısı (S11) parametresinin -10dB’nin altında olduğu yarıklı yapıya sahip bir yama anten tasarımı gerçekleştirilmiştir. Anten benzetimleri Ansys HFSS [15] programında gerçekleştirilmiştir.

II. ANTEN TASARIMI 1800 MHz ve 2450 MHz frekanslarında kullanılabilecek

anten, 1.6 mm kalınlığındaki FR-4 çift taraflı bakır plaket (εr=4.4, tanδ=0.02) ile gerçeklenmiştir. Hazırlanan antenin görüntüsü resmi şekil 1’de görülmektedir.

Anten şekli hazırlanırken, kullanılan çift taraflı plaketin bir tarafı olduğu gibi bakırlı bırakılmış ve bu taraf toprak düzlemi olarak kullanılmıştır. Plaketin diğer tarafı ise, basit yama antenden farklı konumlarda ve boyutlarda köşeli ve yuvarlak yapılar çıkarılarak elde edilmiştir. Antenin dıştan dışa eni 93mm, boyu 105.5mm ve kalınlığı 1.6mm’dir. Hazırlanan antene ait, boyut ve konum değişkenleri şekil 2’de verilmiştir. Tablo 1’de hazırlanan antene ait belirleyici noktalar, tablo 2’de ise şekil 1’de tanımlanan değişkenlere ait değerler görülmektedir.

978-1-4673-5563-6/13/$31.00 ©2014 IEEE

1734

2014 IEEE 22nd Signal Processing and Communications Applications Conference (SIU 2014)

Şekil 1. Önerilen anten görüntüsü

Şekil 2. Önerilen antene ait değişkenlerin tan

Nokta Koordinat x

0 0 1 56 2 43 3 43 4 43 5 4 6 -8 7 -18.5 8 -18.5

Tablo 1. Konum değişkenleri tablo

r2

ys

k

y dış

xdış x

y

4 r3 besleme 1

2

3

5

6

7 8

0

x

y

ü

nımlanması

(mm) y 0

-46.5 -45.5

6.5 -6.5 -6.5 0.0

-18.5 18.5

osu

Değişken xdış ydış

x y

r1 r2 r3 xs ys k

besleme Tablo 2. Uzunluk

III. BENZETIM VE

Şekil 2’de boyutları tanımsimüle edilmiştir. Ölçümler isSpektrum analizör ile gerçeklesonuçlarının karşılaştırmalı olaverilmiştir.

Şekil 3. S11 parametresine ai

Şekil 3 incelendiğinde gö1800 MHz ve 2450 MHz fgelmektedir. Yapılan ölçüm so1800 MHz’deki S11 parametrS11 parametresi ise -28.85 dBparametresinin -10 dB’ altıdurumunda, 1800 MHz için banMHz’e kadar, 20 MHz’dir. 242450 MHz’den 2860 MHz’e ka

Şekil 4’te önerilen antenekazanç örüntüsü ve şekil 6’daışıma örüntüsü verilmiştir. benzetim sonuçlarına göre elde kazancın 1dB değerine kadar uşekil 6’dan, önerilen antenin zanlaşılmaktadır.

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

1.5 2S1

1 (d

B)Frek

r1

xs y

Uzunluk (mm) 105.5

93 86 91 5 2

11 8

13 2

13 değişkenleri tablosu

E ÖLÇÜM SONUÇLAR mlanan anten HFSS programıyla se ROHDE&SCHWARZ FSH6 eştirilmiştir. Benzetim ve ölçüm arak yer aldığı grafik şekil 3’te

it benzetim ve ölçüm sonuçları

örülmektedir ki, önerilen anten frekans civarlarında rezonans’a onuçlarına göre önerilen antenin, resi -19,89 dB, 2473 MHz’deki B’dir. Bant genişliği olarak S11 ında kalan bölgenin alınması nt genişliği 1786 MHz’den 1806 50 MHz’deki bant genişliği ise,

adar, 36 MHz’dir.

e ait akım dağılımı, şekil 5’te a ise x-z düzlemine göre açısal Bu şekiller 2450 MHz’deki edilmiştir. Şekil 5’ten antene ait

ulaştığı görülmektedir. Şekil 5 ve z ekseni yönünde ışıma yaptığı

2.5ans (GHz)

HFSS

Ölç.

1735


Şekil 4. Önerilen antene ait akım dağılımı

Şekil 5. Önerilen antene ait Kazanç dağılımı

Şekil 6. Önerilen antene ait Işıma örüntüsü

Önerilen anten ile önceden yapılmış bazı çift frekanslı antenler karşılaştırılmış ve karşılaştırma sonucu Tablo 3’te verilmiştir

IV. TARTIŞMA Bu çalışmada, ISM Bantlarından 1800MHz ve

2450MHz’de kullanılabilecek yeni bir anten geometrisi önerilmiştir. Önerilen anten için HFSS programında yapılan yansıma katsayısı sonuçları, benzetim ve ölçme işleminde örtüşmektedir. 1800 MHz ve 2450 MHz’de sırasıyla, -19.89dB’lik ve -28.85dB’lik yansıma katsayıları ölçülmüştür ki, önerilen antenin bu frekanslarda oldukça verimli ışıma yaptığını göstermektedir. 1800 MHz’deki bant genişliği 20 MHz ve 2450 MHz’deki banda genişliği ise 36 MHz olarak ölçülmüştür. Önerilen anten için kazanç değeri ise benzetim

Anten 1.Merkez Frekans (MHz)

1.Frekans Yansıma Katsayısı

(dB)

2.Merkez Frekans (MHz)

2.Frekans Yansıma Katsayısı

(dB)

Kazanç dBi

[1] 1700 -17 2400 -20 - [4] 2400 -30 5800 -30 3 [5] 2400 - 5000 - 0 [6] 2400 -15 5200 -14 1.8 [7] 2400 -40 5810 -20 3.7 [9] 2450 -25 5800 -30 10

Önerilen 1800 -20 2450 -29 1 Tablo 3. Antenlerin karşılaştırılması

sonucuna göre 1dBi civarındadır. Bu sonuçlara göre önerilen antenin istenen 1800 MHz ve 2450 MHz ISM bantlarında kullanılabilirliği mevcuttur.

TEŞEKKÜR Bu çalışma Süleyman Demirel Üniversitesi BAP 3602-YL1-13 tarafından desteklenmektedir

KAYNAKÇA [1] D. D. Krishna, M. Gopikrishna, C. K. Aanandan, P. Mohanan, and K.

Vasudevan, "Compact dual band slot loaded circular microstrip antenna with a superstrate," Progress In Electromagnetics Research, vol. 83, pp. 245-255, 2008.

[2] S. Srivastava, V. K. Singh, A. K. Singh, and Z. Ali, "Duo Triangle Shaped Microstrip Patch Antenna Analysis for WiMAX Lower Band Application," Procedia Technology, vol. 10, pp. 554-563, 2013.

[3] H. Nawaz, I. Saleem, A. Kiyani, and S. M. Abbas, "MIMO antenna array for wireless local area networks," in Computer, Control & Communication (IC4), 2013 3rd International Conference on, 2013, pp. 1-3.

[4] S.-T. Fang, S.-H. Yeh, and K.-L. Wong, "Planar inverted-F antennas for GSM/DCS mobile phones and dual ISM-band applications," in Antennas and Propagation Society International Symposium, 2002. IEEE, 2002, pp. 524-527.

[5] D. Liu, B. Gaucher, and E. Flint, "A new dual-band antenna for ISM application," in Vehicular Technology Conference, 2002. Proceedings. VTC 2002-Fall. 2002 IEEE 56th, 2002, pp. 937-940.

[6] Y.-L. Kuo and K.-L. Wong, "Printed double-T monopole antenna for 2.4/5.2 GHz dual-band WLAN operations," Antennas and Propagation, IEEE Transactions on, vol. 51, pp. 2187-2192, 2003.

[7] J. R. Panda and R. S. Kshetrimayum, "A printed 2.4 GHz/5.8 GHz dual-band monopole antenna with a protruding stub in the ground plane for WLAN and RFID applications," Progress In Electromagnetics Research, vol. 117, pp. 425-434, 2011.

[8] M. Kahriman, "Tangent circles antenna design for RFID applications in ISM 433 MHz " Optoelectronics And Advanced Materials. Rapid Communications, vol. 8, pp. 127-130, 2014.

[9] A. T. Mobashsher, M. T. Islam, and N. Misran, "A novel high-gain dual-band antenna for RFID reader applications," Antennas and Wireless Propagation Letters, IEEE, vol. 9, pp. 653-656, 2010.

[10] V. K. Singh, Z. Ali, A. K. Singh, and S. Ayub, "Dual Band Microstrip Antenna for UMTS/WLAN/WIMAX Applications," in Communication Systems and Network Technologies (CSNT), 2013 International Conference on, 2013, pp. 47-50.

[11] F. Viani, "Dual-Band Sierpinski Pre-Fractal Antenna for 2.4 GHz-WLAN and 800 MHz-Lte Wireless Devices," Progress In Electromagnetics Research C, vol. 35, pp. 63-71, 2013.

1736


[12] M. Abdollahi, H. Oskouei, M. Akbari, and M. Mighani, "A Novel Compact UWB Antenna with Triple Band-Notches for WiMAX/WLAN/ITU Bands," Applied Computational Electromagnetics Society Journal, vol. 27, 2012.

[13] Y. Zheng, P. Wang, M. Hua, and P. Gao, "Compact triple-band monopole antenna for WLAN/WiMAX applications," IEICE Electronics Express, 2013.

[14] Y. Li, W. Li, and W. Yu, "A Switchable UWB Slot Antenna using SIS-HSIR and SIS-SIR for Multi-Mode Wireless Communications Applications," Applied Computational Electromagnetics Society Journal, vol. 27, 2012.

[15] HFSS. Available: http://www.ansys.com

1737


[ieee 2014 22nd signal processing and communications applications conference (siu) - trabzon, turkey...

Documents