GPS L1 ve L2 Bantları için Çift Bant Kompakt Anten Tasarımı ve Gerçeklemesi

Abstract

Bu tezde, GPS L1 (1575.42 MHz) ve L2 (1227.60 MHz) frekanslarında çalışan çift bantlı kompakt bir mikroşerit antenin tasarımı, üretimi ve test süreci ele alınmıştır. Tasarım aşaması, CST Studio Suite kullanılarak gerçekleştirilmiş olup, empedans uyumu, bant genişliği ve kazanç gibi anten parametrelerini optimize etmek amacıyla teorik analizler ve simülasyonlar yapılmıştır. Anten yapısı, parametrik çalışmalar sonucunda belirlenen εr = 4.3 dielektrik sabitine ve 1.6 mm kalınlığa sahip FR-4 alttaş üzerine kurulmuştur. Performansı artırmak amacıyla omega şeklindeki yama yuvaları kullanılmış ve geri dönüş kaybı (S11) en aza indirilerek rezonans özellikleri iyileştirilmiştir.Tasarım sürecinin ardından üretim aşaması, LPKF Protomat S63 baskı devre makinesi kullanılarak gerçekleştirilmiş ve böylece yüksek hassasiyetli üretim sağlanmıştır. Fabrikasyon sonrası ölçümler, antenin performansını değerlendirmek amacıyla vektör ağ analizörü (VNA) kullanılarak yapılmıştır. Ölçüm sonuçlarının, üretilen prototipin simülasyon verileriyle büyük ölçüde örtüştüğü görülmüştür. L1 frekansında -35 dB, L2 frekansında ise -30 dB geri dönüş kaybı değerleri elde edilmiştir. Kazanç değerleri ise sırasıyla L1 için 5.38 dBi, L2 için 5.33 dBi olarak elde edilmiştir. Bu çalışma, GPS uygulamaları için mikroşerit antenlerin tasarım, üretim ve test süreçlerini detaylı bir şekilde ele almakta ve bu alanda önemli bir katkı sunmaktadır. Önerilen anten, kompakt yapısı, düşük maliyeti ve yüksek verimliliği ile navigasyon sistemleri, takip cihazları ve otonom araçlar gibi çeşitli GPS tabanlı uygulamalar için uygun bir çözüm sunmaktadır. Elde edilen bulgular, çift bantlı yüksek performanslı antenlerin geliştirilmesine yönelik gelecekteki araştırmalara referans teşkil etmektedir.

In this thesis, a dual-band compact microstrip antenna operating at GPS L1 (1575.42 MHz) and L2 (1227.60 MHz) frequencies is designed, fabricated, and tested. The design phase was carried out using CST Studio Suite, where theoretical analysis and simulations were performed to optimize antenna parameters such as impedance matching, bandwidth, and gain. The antenna structure is based on an FR-4 substrate with a dielectric constant of εr = 4.3 and a thickness of 1.6 mm, selected through detailed parametric studies. To enhance performance, omega-shaped patch slots were incorporated, which minimized return loss (S11) and improved resonance characteristics.After the design process, the fabrication phase was conducted using the LPKF Protomat S63 PCB machine, ensuring precise manufacturing. Post-fabrication measurements were performed with a vector network analyzer (VNA) to evaluate the antenna's performance. The results demonstrated that the fabricated prototype closely matched the simulated design, with return loss values of -35 dB at L1 and -30 dB at L2, and gain values of 5.38 dBi and 5.33 dBi, respectively. The study provides an in-depth analysis of microstrip antenna design, fabrication, and testing for GPS applications. The proposed antenna is compact, cost-effective, and efficient, making it suitable for various GPS-based applications, including navigation systems, tracking devices, and autonomous vehicles. The findings contribute to the advancement of high-performance, low-cost dual-band antennas, serving as a reference for future research in the field.