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

Дж. Бора; С. Баруа; Т. А. Шейх; С. Рой

doi:10.20535/S0021347021120049

Автор(и)

Дж. Бора Маданапальский институт технологии и науки, Маданапалле, Індія http://orcid.org/0000-0002-0051-0313
С. Баруа Маданапальский институт технологии и науки, Маданапалле, Індія http://orcid.org/0000-0003-0153-1084
Т. А. Шейх Жилой политехнический институт для девушек, Голагхат, Індія http://orcid.org/0000-0002-6014-4263
С. Рой Национальный технологический институт, Аруначал-Прадеш, Індія http://orcid.org/0000-0002-9952-049X

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.