Compact Dual Wideband Open-Ended Ring Shaped Slot Loaded Printed Monopole Antenna for X Band Applications

Abstract

У роботі розглядається малобюджетна подвійна несиметрична мікросмугова антена зі зміщеним живленням. Пропонована антена розроблена з використанням недорогої підкладки з матеріалу fr-4 товщиною 1,6 мм і відносною діелектричною проникністю 4,4. Проектування та аналіз запропонованої моделі антени було виконано з використанням програмного забезпечення HFSS. Вставивши перевернуту металеву структуру в квадратну щілину у патчі і частково її заземливши, можна отримати дводіапазонну антену з надзвичайно високою пропускною здатністю верхньої смуги. У роботі представлений комплексний аналіз характеристичних параметрів (S11, коефіцієнта підсилення, діаграми спрямованості), включаючи розподіл поверхневого струму запропонованої антени. Прототип виготовленої антени має привабливі компактні розміри 22×19×1,6 мм3. Отримані смуги пропускання складають 800 МГц (4,2-5,0 ГГц) та 4200 МГц (8,0-12,2 ГГц) відповідно для нижньої і верхньої смуг. Виміряні пікові коефіцієнти підсилення в двох робочих діапазонах становлять 3,0 та 4,3 дБі, відповідно. Результати вимірювань є загальноприйнятими і узгоджуються з результатами моделювання і, отже, підтверджують доцільність концепції дизайну. Запропонована антена задовольняє вимогам до смуг пропускання для систем INSAT (4,4-4,8 ГГц) та мікрохвильових X-діапазонів (8-12 ГГц). Компактні розміри, низька вартість, проста несиметрична конфігурація, дводіапазонні резонансні характеристики, широка смуга пропускання, гарний коефіцієнт підсилення та стабільні діаграми спрямованості є перевагами розробленої антени.

A low cost dual band offset fed monopole microstrip antenna is proposed in this paper. The suggested antenna is designed using an inexpensive 1.6 mm thick fr-4 substrate of relative permittivity 4.4. The design and analysis of the proposed antenna model have been performed using HFSS software. By inserting a square slot loaded with an inverted metallic structure in the patch and the presence of a partial ground plane, dual band operation with an extremely wide bandwidth for the higher band can be obtained. A comprehensive analysis of characteristics parameters (S11, gain, radiation patterns) including distribution of surface current of the suggested antenna is furnished in this paper. The prototype of the fabricated antenna has an attractive compact dimension of only 22  19  1.6 mm3. The reported measured bandwidths are 800M Hz (4.2-5.0 GHz) and 4200 MHz (8.0-12.2 GHz) for the lower and upper bands, respectively. The measured peak gains across the two operating bands are 3.0 and 4.3 dBi, respectively. The measured results are well accepted and verify the simulated results and hence validates the appropriateness of the design concept. The proposed antenna covers the bandwidth requirements for INSAT (4.4-4.8 GHz) and microwave X-band (8-12 GHz) systems. The compact size, low cost, simple monopole configuration, dual band resonance characteristics, wide bandwidth, good gain, and stable radiation patterns are the advantages of the designed antenna.