AKILLI ULAŞIM SİSTEMLERİ İÇİN, CST-HFSS-MATLAB YAZILIMLARI KARŞILAŞTIRMALI ANTEN TASARIMI

Abstract

ÖZET

Bu çalışmada, akıllı ulaşım sistemlerinde kullanılmak üzere 5.74 GHz merkez frekansında E-şekilli yüksek performanslı, üretimi kolay ve kompakt bir mikroşerit anten tasarlanmıştır. Anten tasarımı sürecinde, CST Studio Suite, Ansys HFSS ve MATLAB PCB Antenna Designer gibi çeşitli benzetim ortamları kullanılarak farklı geometrik yapılar simüle edilmiş ve performansları değerlendirilmiştir. Her yazılımın farklı analiz yöntemleriyle analizleri yapılmış ve prototip üretimi yapılmış mikroşerit antene yakın sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Örneğin prototip antenin S_11 değeri CST Studio Suite ve Ansys HFSS yazılımlarıyla yakın sonuçlara sahiptir. Kazanç değerinde ise MATLAB PCB Antenna Designer yazılımı prototipe yakın sonuç verdiği gözlemlenmektedir. Önerilen anten tasarımı, tüm bu benzetim ortamlarında aynı fiziksel parametreler kullanılarak geliştirilmiş, analiz edilmiş ve ardından LPKF ProtoMat S64 cihazıyla prototip olarak üretilmiştir. Anten prototipi için 1,6 mm kalınlığındaki FR-4 alttaş kullanılmış ve besleme tekniği olarak 50 Ω’luk mikroşerit hat tercih edilmiştir. Önerilen anten geometrisi, literatürdeki benzer tasarımlara kıyasla daha küçük bir boyuta sahiptir (35 x 50 x 1,6 mm³). 5.74 GHz merkez frekansında elde edilen geri dönüş kaybı değeri -27,02 dB, Gerilim Duran Dalga Oranı (Voltage Standing Wave Ratio-VSWR) 1.14 ve kazanç değeri yaklaşık olarak 1.98 dBi olarak ölçülmektedir. Bu mikroşerit anten, arzu edilen frekans bandında kararlı ve tatmin edici bir performans sergilemektedir, bu nedenle taşıttan nesneye kablosuz haberleşme bandında kullanımı önerilmektedir. Bu bulgular, önerilen antenin akıllı ulaşım sistemleri uygulamalarında başarılı bir şekilde kullanılabileceğini desteklemektedir.

ABSTRACT

In this study, an E-shaped high performance, easy to fabricate and compact microstrip antenna with a center frequency of 5.74 GHz is designed for use in intelligent transportation systems. During the antenna design process, different geometric structures were simulated and their performances were evaluated using various simulation environments such as CST Studio Suite, Ansys HFSS and MATLAB PCB Antenna Designer. Each software was analyzed with different analysis methods and it was observed that the results were close to the prototyped microstrip antenna. For example, the value of the prototype antenna has close results with CST Studio Suite and Ansys HFSS software. In the gain value, MATLAB PCB Antenna Designer software is observed to give results close to the prototype. The proposed antenna design was developed and analyzed using the same physical parameters in all these simulation environments and then fabricated as a prototype using the LPKF ProtoMat S64. For the antenna prototype, a 1.6 mm thick FR-4 substrate is used and a 50 Ω microstrip line is chosen as the feeding technique. The proposed antenna geometry has a smaller size (35 x 50 x 1.6 mm³) compared to similar designs in the literature. At 5.74 GHz center frequency, the return loss is -27.02 dB, the Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) is 1.14 and the gain is approximately 1.98 dBi. This microstrip antenna exhibits stable and satisfactory performance in the desired frequency band, and is therefore recommended for use in the vehicle-to-object wireless communication band. These findings support that the proposed antenna can be successfully used in intelligent transportation systems applications.