Metamalzeme Yapılarıyla Fraktal Anten Parametrelerinin İyileştirilmesi

Öz

Bu çalışmada 5,47 GHz’de çalışan bir fraktal anten tasarımı yapılmış ve bu antenin yönlülüğünün, kazancının ve verimliliğinin Metamalzemeli yapılar kullanılarak iyileştirilmesi amaçlanmıştır. FIT tabanlı simülasyon programı yardımıyla dairesel şekillerden oluşmuş ve her daire arasındaki oran sabit 0,65 olan bir fraktal anten tasarlanmıştır. Her biri 38 mm x 38 mm boyutunda, 2x4 birim hücreli eşkenar dörtgen yapılardan oluşmuş olan MTM yapısı yine aynı simülasyon programında tasarlanmıştır. MTM yapıların simülasyon sonucunda elde edilen S11 ve S21 parametre değerleri kullanılarak, yapının etkin dielektrik sabiti, etkin manyetik geçirgenliği ve kırılma indisi hesaplanmış ve hesaplanan bu değerlerin negatif olduğu görülmüştür. Metamalzemesiz fraktal antenin S11 değeri 5,47 GHz’de-16,973 dB iken, 2 MTM yapısı ile bu değer -25,908 dB değerine kadar düşmüştür. Ayrıca, antenin yönlülüğü 6,65 dBi’den 9,67 dBi’ye, kazancı ise 1,19 dB’den 5,99 dB’ye yükselmiştir. Fraktal anten ve MTM’li yapının fabrikasyonları yapılmış olup, farklı sayılarda MTM yapısı anten üzerine 90 derece gelecek şekilde monte edilmiş ve ölçüm sonuçları elde edilmiştir. Ölçüm sonuçları ile simülasyon sonuçları karşılaştırılmış ve simülasyon sonuçları ile ölçüm sonuçlarının birbiri ile uyum içerisinde olduğu görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Metamalzeme
• Fraktal anten
• Minyatürleşme
• Ultra geniş bant

Improvement of Fractal Antenna Parameters with Metamaterial

Öz

In this study, a fractal antenna operating at 5.47 GHz has been designed and it is aimed to improve the directivity, gain and efficiency of this antenna by using Metamaterials. With the help of a FIT-based simulation program, a fractal antenna consisting of circular shapes with a fixed ratio of 0.65 between each circle is designed. The MTM structure, which is composed of 2x4 unit cell rhombus structures, each of 38 mm x 38 mm, is designed in the same simulation program. Using the S11 and S21 parameter values obtained from the simulation of MTM structures, effective dielectric constant, effective magnetic permeability and refractive index of the structure are calculated and these values are found to be negative. While the S11 value of the fractal antenna without MTM is -16.973 dB at 5.47 GHz, it has decreased to -25.908 dB with 2 MTM structures. In addition, the antenna’s directivity has increased from 6.65 dBi to 9.67 dBi and its gain has increased from 1.19 dB to 5.99 dB. Fractal antenna and MTM structure are fabricated, different numbers of MTM structure have been mounted on antenna at 90 degrees and measurement results are obtained. Measurement results and simulation results are compared and it is seen that the simulation results and the measurement results are in good agreement with each other.

Anahtar Kelimeler

• Metamaterial
• Fractal antenna
• Miniaturization
• Ultra-wide band

Kaynakça

1. 1. Çelik, K., Kurt, E., 2018. Design and Simulation of the Antenna for RF Energy Harvesting Systems. 6th International Istanbul Smart Grids and Cities Congress and Fair (ICSG), 148-150.
2. 2. Hirway, H., Shaikh , T., 2018. Comparison of Low Profile Sierpinski and Koch Fractal Antenna for Wireless Application. Proceeding of 2018 IEEE Int. Conference on Current Trends Toward Converging Technologies, Coimbatore, India, 1-6.
3. 3. Mete, C., 2011. Minkowski Fraktal Anten Tasarımı ve Yapay Sinir Ağı Modeli. Yıldız Teknik Üniversitesi, FBE, Yüksek Lisans Tezi, s75, İstanbul.
4. 4. Jena, M., Mangaraj, B., Mishra, D., 2013. Bandwith and Gain Enhancement of Multiband Fractal Antenna Based on the Sierpinski Carpet Geometry. ICTACT Journal on Communication Tech., 669-674.
5. 5. Sivia, J., Bhatia, S., 2015. Design of Fractal Based Microstrip Rectangular Patch Antenna for Multiband Applications. 2015 IEEE Int. Advance Computing Conference (IACC), 712-715.
6. 6. Gupta, M., Mathur, V., 2018. Hexagonal Fractal Antenna Using Koch for Wireless Applications, Frequenz 2018, 443-453.
7. 7. Safia, O., Eleftheriades, G., 2018. A New Gosper Island Fractal UWB Monopole Antenna with Enhanced Bandwidth Characteristics. IEEE Int. Symposium on Antennas and Propagation & USNC/URSI National Radio Science Meeting, 1043-1044.
8. 8. Madhav, B., Reddy, V., Rajasekar Reddy, D., Sankar, K., Ramanujan, E., Prakash, V., Rao, M., 2018. Tree Shaped Fractal Antenna with Multiband Characteristics. International Journal of Engineering and Technology, 333-338.

9. 9. Yong, W., Shaobin, L., 2008. A New Modified Crown Square Fractal Antenna. In 2008 Int. Conference on Microwave and Millimeter Wave Technology, 400-402.