URSI-TÜRKİYE 2023 XI. Bilimsel Kongresi, Boğaziçi Üniversitesi, İstanbul 6 GHz Frekansında Orbital Açısal Momentum (OAM) Anteni: Dairesel Dizili 4 Yama Anten Abdulkadir Uzun, İrem Aylin Duru, İbrahim Tekin Sabancı Üniversitesi Elektronik Mühendisliği İstanbul kadiruzun@sabanciuniv.edu, irem.duru@sabanciuniv.edu, tekin@sabanciuniv.edu Özet: Bu bildiride, 6 GHz Wi-Fi frekansında çalışan, Wi-Fi’ın kapasitesini iki katına çıkarmak için iki farklı ortagonal modda vorteks (OAM) dalga üretebilen 4 yama antenden oluşan dairesel dizi anten tasarlanmıştır. Anten dizisinin yarıçapı 0.5λ olup 4 yama anten ile l=±1 modlarında vorteks dalgalar oluşturulduğu gösterilmiştir. Benzetim sonuçlarında anten kazançları 9 dBi’den fazladır. Abstract: In this paper, a uniform circular array antenna (UCAA) consisting of 4 patch antennas operating at 6 GHz Wi-Fi frequency and capable of producing vortex (OAM) waves in two different orthogonal modes is designed to double the capacity of Wi-Fi. The radius of the antenna array is 0.5λ and it has been shown that vortex waves with l=±1 mode numbers are generated. The simulated antenna gain is more than 9 dBi. 1. Giriş Ortbital açısal momentuma sahip dalga oluşturan antenler, elektromanyetik dalganın spin açısal momentuma (SAM) sahip olmasının yanı sıra orbital açısal momentuma (OAM) da sahip olmasına neden olan yapılardır. Antenlerde elektrik vektörü yayılım ekseni etrafında dönüyor ise SAM’ye sahiptir. SAM, polarizasyona bağlı olup eksene bağlı değildir. Örneğin; SAM mod sayısı, s=0 ise bu lineer polarizasyonu ifade eder. Eğer elektromanyetik alanın dalga cephesi (wavefront) bükülüyor ise, dalga vektörü sarmal oluşturur ve bu durumdan dolayı SAM’ye ek olarak OAM’ye de sahip olur [1]. OAM dalgalar, ya da vorteks dalgalarda, Allen vd [2]  iϕ faz teriminin (i imajiner birim, l OAM mod sayısı, ϕ yanca açısı) yer aldığını 1992 yılında göstererek sarmal fazlı huzmelerde elektrik alanın OAM’ye sahip olduğunu göstermiştir. OAM dalgalarda dalga cephesi spiral şekilli olup faz değişimi yayılım ekseni etrafında tam bir tur sonunda 2πl kadardır. OAM dalgalar, farklı modlar arasında ortogonalite sağlaması sebebi ile kapasite ve spektrum kullanımının artırılıp verimli hale getirilmesi gibi farklı araştırmalara konu olmaktadır [3]. Bunun yanı sıra, huzmenin ıraksak bir yapısının olması sebebi ile de koni şekilli anten örüntüsüne ihtiyaç duyulan uygulamalarda da potansiyel kullanımı mümkün olabilir [ 1]. Vorteks dalga oluşturmak için spiral biçimli yansıtıcılı antenler, dairesel dizili antenler, yansıtıcı dizi antenler kullanılmaktadır [4]. Bu çalışmada, Wi-Fi 6E (6 GHz) için kapasiteyi iki katına çıkartmak amacı ile iki ortagonal mod, l= ±1, ile vortex dalgalar üretebilen bir anten tasarımı ele alınmıştır. Bu anten, 4 yama elemandan oluşmakta olup dairesel dizili anten yapısına sahiptir. Tasarlanan antenin numerik yöntem ile hesaplanan faz dağılımı ve sonlu elemanlar yöntemi ile bulunan faz dağılımları karşılaştırılmış, benzetim sonucunda elde edilen kazanç örüntüsü gösterilmiştir. 2. OAM Dalga Oluşturabilen Dairesel Dizili Anten Tasarımı Elektromanyetik vorteks dalga oluşturmak için fazlı dairesel dizi yöntemi kullanılmıştır. Bu yöntemde, daires el dizinin ilk ve son elemanı arasında 2πl kadarlık faz farkı olması gerekmektedir. Dairesel dizinin N tane dizi elemanından oluştuğu varsayıldığında, birbirine komşu iki eleman arasında artırımlı olarak uygulanması gereken faz farkı δ =2πl/N olup l vorteks dalganın mod sayısına karşılık gelir. N tane elemandan oluşan bir dizide oluşturulabilecek OAM mod sayısı, -N/2<l<+N/2 eşitsizliğini sağlar. Böyle bir anteni temsil eden diyagram Şekil 1a’da verilmiştir. Buna göre, dipollerden oluşan dairesel dizili bir OAM antenin ışıma yaptığı bir (r, θ, ϕ) noktasında, elektrik alan vektörü E(r, θ, φ) Denklem (1)’de gösterilmiştir [5]. (, , ) = −  0  4    ∑ −(.  −   ) −1 =0 ≈ −  0  4     −     ( sin ) (1)