Uydu İletişimleri için Frekans Yeniden Yapılandırılabilir Mikroşerit Anten Sistemi - Alsharıf, Fawzy A.f. (My University, 2024)
Son yıllarda frekansı yeniden yapıladırılabilen antenler, uydu iletişiminde önemli roller oynamaktadır. Bu antenler uydu iletişiminde artan parazit, spektral yoğunluk ve sinyal girişimi problemleri için kritik çözümler sunmaktadır. Frekans kanallarında dinamik ayarlamalara olanak tanırken, kompakt yapılarıyla da çoklu anten sistemlerine alternatif işlevsellikler sağlamaktadır. Bu tezde frekans atlaması yöntemini gerçekleştiren, yenilikçi, frekansı yeniden yapılandırabilir iki ayrı anten tasarımı sunulmaktadır. Birinci anten tasarımı, S/C/X bantlarında çalışan, 16 yeniden yapılandırma modu ve 14 rezonans frekansını destekleyen bir mikroşerit antendir. Frekans ve ışıma örüntüsünde dinamik ayarlamalar yapabilen antenin verimliliğinin artması için benzetim tabanlı bir parametre tarama yöntemiyle parametrik optimizasyon gerçekleştirilmiştir. Bu yöntemle, besleme ile anten yapısı arasındaki eş-düzlem boşluk mesafesi optimize edilmiştir. CST ve HFSS araçları ile desteklenen gradyan tabanlı optimizasyon yöntemi kullanılmış ve benzetim sonuçlarına göre tasarım parametreleri değiştirilerek rezonans frekansı, verimlilik, ve genel performansının optimize edilmesi sağlanmıştır. 28.4 × 30 × 0.508 mm³ boyutlarındaki anten, Rogers RT/duroid 5880 malzemesi ile dizayn edilmiş ve ADS ile optimize edilmiş bir kontrol devresiyle entegre edilmiştir. Hızlı anahtarlamalı dört RF PIN diyotu ile çalışan mikroşerit anten, bir modda %98 verimlilik sağlamıştır. Farklı bir modda da 6.34 dBi kazanç sunarak üstün performans göstermiştir. İkinci anten tasarımı, D/THz bantlarında çalışan 6G uydu sistemleri için kompakt bir MIMO anten tasarımıdır. 2.951 × 2.951 × 0.127 mm³ boyutlarındaki anten, altı frekans bandı arasında geçiş yapabilen dört PIN diyot ile entegre edilmiştir. Maksimum 8.27 dBi kazanç, %92 verimlilik ve -45 dB port izolasyonu sunan bu tasarım, moddern uydu iletişim sistemleri için yeni performans standartları sunmaktadır. Frekans atlaması yönetimini kullanarak S/C/X bantlarında çalışan birinci ve D/THz bantlarında çalışan ikinci tasarım, anten teknolojisine yenilikçi katkılar sağlamaktadır. Bu tasarımlar gelecekteki kablosuz iletişim sistemleri içinde önemli bir referans niteliğindedir.

In recent years, frequency reconfigurable antennas have played a significant role in satellite communications. These antennas provide critical solutions to problems such as interference, spectral congestion, and signal jamming in satellite communications. By enabling dynamic adjustments in frequency channels and offering compact structures, they present functional alternatives to multi antenna systems. This thesis introduces two innovative frequency reconfigurable antenna designs that implement the frequency hopping technique. The first antenna design is a microstrip antenna operating in the S/C/X bands, supporting 16 reconfiguration modes and 14 resonance frequencies. To enhance the efficiency of the antenna, which enables dynamic adjustments in frequency and radiation pattern, parametric optimization was performed using a simulation based parameter sweep method. Through this approach, the coplanar gap distance between the feed line and the antenna structure was optimized. Gradient based optimization supported by CST and HFSS tools was employed, and design parameters were modified based on simulation results to optimize resonance frequency, efficiency, and overall performance. The antenna, with dimensions of 28.4 × 30 × 0.508 mm³, was designed using Rogers RT/duroid 5880 material and integrated with a control circuit optimized through ADS. The microstrip antenna, operating with four fast switching RF PIN diodes, and achieved 98% efficiency in one mode and demonstrated superior performance with a gain of 6.34 dBi in another mode. The second antenna design is a compact MIMO antenna designed for 6G satellite systems operating in the D/THz bands. This antenna, with dimensions of 2.951 × 2.951 × 0.127 mm³, was integrated with four PIN diodes enabling transitions between six frequency bands. This design delivers a maximum gain of 8.27 dBi, 92% efficiency, and -45 dB port isolation, setting new performance standards for modern satellite communication systems. By employing frequency hopping management, the first design operating in the S/C/X bands and the second design operating in the D/THz bands contribute innovative advancements to antenna technology. These designs serve as significant references for future wireless communication systems.
Frequency Reconfigurable Microstrip Antenna System for Satellite Communications
Keywords: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği; Anten Kontrol Sistemi; Electrical and Electronics Engineering; Antenna Control System; Uydu Sistemleri; Satellite Systems