Миниатюризация и оптимизация антенны для многополосных применений с питанием от копланарного волновода на базе стеклотекстолита FR4

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021120049

Ключові слова:

питание от копланарного волновода, многополосная антенна, полосы частотного сдвига, структура заземления с дефектом, метаматериал, глобальная система мобильных коммуникаций, стандарт GSM, технология беспроводного доступа, беспроводная локальная сеть, технология широкополосного доступа в микроволновом диапазоне

Анотація

В работе представлена уникальная миниатюризированная и оптимизированная многополосная антенна с питанием от копланарного волновода CPW (coplanar waveguide) для современных беспроводных коммуникаций. Новая методика использования модифицированной структуры заземления MGS (modified ground structure) и полос частотного сдвига FSS (frequency shifting strips) наряду со структурой заземления с дефектом DGS (defected ground structure) и нагрузкой метаматериалом MTM (metamaterial) применяется в данной конструкции с тем, чтобы обеспечить многочастотную работу. Предлагаемая антенна генерирует четыре отдельные полосы пропускания, определяемые по входному импедансу, и охватывает минимально необходимые частотные диапазоны сетей GSM 1800/1900, Wi-Fi/WLAN 5,2/5,5 ГГц и WiMAX 3,3/10,3 ГГц. Антенна имеет сравнительно небольшие размеры 17×20 мм2 и работает в частотных диапазонах 1,45–2,08; 2,87–3,44; 5,01–5,58 и 8,89–10,69 ГГц. Разработанная антенна смоделирована в программе Ansoft HFSS при помощи метода конечных элементов FEM (finite element method). В работе представлены характеристики этой антенны, включая коэффициент отражения, коэффициент усиления, КСВН, распределения поверхностного тока и электрического поля. Также исследованы основные структурные параметры антенны и их влияние на характеристики антенны.

Посилання

R. F. Harrington, “Effect of antenna size on gain, bandwidth, and efficiency,” J. Res. Natl. Bur. Stand. Radio Propag., vol. 64, no. 1, pp. 1–12, 1960, uri: https://nvlpubs.nist.gov/nistpubs/jres/64D/jresv64Dn1p1_A1b.pdf.

R. Garg, P. Bhartia, I. J. Bahl, A. Ittipiboon, Microstrip Antenna Design Handbook. Artech House, 2001.

Y. Ge, K. P. Esselle, T. S. Bird, “Compact triple-arm multi-band monopole antenna,” in 2006 IEEE International Workshop on Antenna Technology, IWAT 2006 - Small Antennas and Novel Metamaterials, 2006, vol. 2006, pp. 172–175, doi: https://doi.org/10.1109/IWAT.2006.1609003.

S. Yang, C. Zhang, H. Pan, A. Fathy, V. Nair, “Frequency-reconfigurable antennas for multiradio wireless platforms,” IEEE Microwave Magazine, vol. 10, no. 1, pp. 66–83, 2009.

S. Yang, H. K. Pan, A. E. Fathy, S. El-Ghazaly, V. K. Nair, “A novel reconfigurable maze antenna for multi-service wireless universal receivers,” in 2006 IEEE Radio and Wireless Symposium, 2006, pp. 195–198, doi: https://doi.org/10.1109/RWS.2006.1615128.

M. A. Antoniades, G. V. Eleftheriades, “A compact monopole antenna with a defected ground plane for multi-band applications,” in 2008 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2008, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2008.4620033.

J. Zhu, M. A. Antoniades, G. V. Eleftheriades, “A tri-band compact metamaterial-loaded monopole antenna for WiFi and WiMAX applications,” in 2009 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2009, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2009.5172042.

G. V. Eleftheriades, A. Grbic, M. Antoniades, “Negative-refractive-index transmission-line metamaterials and enabling electromagnetic applications,” in IEEE Antennas and Propagation Society Symposium, 2004., 2004, vol. 2, pp. 1399-1402 Vol.2, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2004.1330448.

A. Sanada, M. Kimura, I. Awai, C. Caloz, T. Itoh, “A planar zeroth-order resonator antenna using a left-handed transmission line,” in 34th European Microwave Conference, 2004, uri: https://ieeexplore.ieee.org/document/1411261.

J. Zhu, G. V. Eleftheriades, “Dual-band metamaterial-inspired small monopole antenna for WiFi applications,” Electron. Lett., vol. 45, no. 22, p. 1104, 2009, doi: https://doi.org/10.1049/el.2009.2107.

C.-J. Lee, K. M. K. H. Leong, T. Itoh, “Composite right/left-handed transmission line based compact resonant antennas for RF module integration,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 54, no. 8, pp. 2283–2291, 2006, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2006.879199.

J. Zhu, G. V. Eleftheriades, “A compact transmission-line metamaterial antenna with extended bandwidth,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 8, pp. 295–298, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2008.2010722.

M. A. Antoniades, G. V. Eleftheriades, “A broadband dual-mode monopole antenna using NRI-TL metamaterial loading,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 8, pp. 258–261, 2009, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2009.2014402.

I. Poole, Cellular Communications Explained: From Basics to 3G. Oxford: Newnes, 2006, uri: https://www.elsevier.com/books/cellular-communications-explained/poole/978-0-7506-6435-6.

J. Borah, T. A. Sheikh, S. Roy, “Effects of modified ground structure on a CPW-fed patch antenna,” Int. J. Futur. Gener. Commun. Netw., vol. 8, no. 2, pp. 205–212, 2015, doi: https://doi.org/10.14257/ijfgcn.2015.8.2.15.

J. Borah, T. A. Sheikh, S. Roy, “Miniaturization of a CPW-fed dual-band antenna for GSM 1800/1900 and WLAN 5 GHz applications,” Trans. Electr. Electron. Mater., vol. 18, no. 2, pp. 119–123, 2017, doi: https://doi.org/10.4313/TEEM.2017.18.2.119.

Д. Бора, Т. А. Шейк, С. Рой, “Компактная трехдиапазонная антенна с копланарным питанием и дефектной структурой экрана для GSM, WLAN и WiMAX,” Известия вузов. Радиоэлектроника, vol. 59, no. 7, p. 51, 2016, doi: https://doi.org/10.20535/S0021347016070050.

M. Naser-Moghadasi, R. Sadeghzadeh, L. Asadpor, B. S. Virdee, “A small dual-band CPW-fed monopole antenna for GSM and WLAN applications,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 12, pp. 508–511, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2013.2256456.

X.-L. Liang, S.-S. Zhong, X.-A. Qu, “CPW-fed monopole antenna for dual-band WLAN application,” in 2006 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2006, pp. 1001–1004, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2006.1710701.

Y. Gao, B.-L. Ooi, A. P. Popov, C.-H. Sing, “Dual-band hybrid antenna for WLAN application,” in 2006 IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, 2006, pp. 977–980, doi: https://doi.org/10.1109/APS.2006.1710695.

Прототип предложенной многополосной антенны

##submission.downloads##

Опубліковано

2022-02-18 — Оновлено 2022-02-18

Як цитувати

Бора, Д., Баруа, С., Шейх, Т. А., & Рой, С. (2022). Миниатюризация и оптимизация антенны для многополосных применений с питанием от копланарного волновода на базе стеклотекстолита FR4. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(12), 762–773. https://doi.org/10.20535/S0021347021120049

Номер

Том 64 № 12 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2022 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.