MIMO antenna design for 5G millimeter-wave communication systems

Haberleşme alanında sürekli iyileştirme gerektiren 5G anten tasarımı günümüzün popüler araştırma konularındandır. 5G sisteminde kanal kapasitesi mikroşerit MIMO anteni kullanılarak arttırılabilir. MIMO performans iyileştirmesi sağlamak için birden fazla anten kullanan bir teknolojidir. Mikroşerit anten, diğer anten türlerine göre küçük, düşük profilli, üretimi ve entegrasyonu kolay ve uygun maliyetli olma avantajlarına sahip olup ikili ve üçlü çalışma frekanslarını desteklemektedir. Bu tez çalışmasının temel amacı, 5G haberleşme sistemlerinde kullanılabilecek çift çalışma bantlı MIMO mikroşerit antenler tasarlamaktır. Bunun için ilk önce dört elemanlı, 1.55 mm yükseklikli, FR-4 alt tabakalı bir mikroşerit anten tasarlanmıştır. İlk tasarım 4 × 4 MIMO şeklinde olup çalışma frekansları 26 GHz ve 38 GHz'dir. Daha sonra ABD standardına uygun ve 28 ve 38 GHz'de çalışan bir anten tasarımı yapılmıştır. Bu çalışmada antenin güçlü ve zayıf yönlerini belirlemek ve optimize etmek için CST yazılımı kullanılmıştır. Tasarlanan ilk anten 23 - 28.5 GHz ve 35 - 39.5 GHz frekans aralıklarında çalışmaktadır. Antenin 26 GHz'de kazancı 9.86 dBi olup bu frekanstaki verimi %60'ın üzerindedir. 38 GHz frekansında ise kazancı 6.71 dBi, verimi ise %50'nin üzerindedir. Tasarlanan ikinci anten 26 - 31 GHz ve 34.5 - 40 GHz frekans aralığında çalışmakta olup, 28 GHz'deki verimi %70'in üzerinde, kazancı 10.6 dBi'dır. 38 GHz'de frekansında ise kazancı 6.65 dBi iken verimi %50'nin üzerindedir. Simülasyon sonuçlarına göre tasarlanan her iki anten için de ortalama izolasyon birinci bantta -20 dB ve ikinci bantta -30 dB'dir. Ayrıca DG yaklaşık 10 dB, ECC 1 × 10-6'den daha düşüktür. Bu değerler literatürdeki benzer anten tasarımları ile karşılaştırıldığında oldukça iyi düzeydedir.