ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES
Subject and Purpose. Th e paper presents results of numerical modeling and experimental studies of a disk-shaped microstrip antenna involving ‘meander’ type slotted inhomogeneities. The work has been aimed at optimizing the operating range of the antenna and matching it to external circuits through...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1382 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Radio physics and radio astronomy |
Репозитарії
Radio physics and radio astronomy| id |
oai:ri.kharkov.ua:article-1382 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
English |
| topic |
circular disk slot meander coplanar line radiation pattern круговий диск щілина меандр компланарна лінія діаграма направленості |
| spellingShingle |
circular disk slot meander coplanar line radiation pattern круговий диск щілина меандр компланарна лінія діаграма направленості Lytvynenko, L. M. Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES |
| topic_facet |
circular disk slot meander coplanar line radiation pattern круговий диск щілина меандр компланарна лінія діаграма направленості |
| format |
Article |
| author |
Lytvynenko, L. M. Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. |
| author_facet |
Lytvynenko, L. M. Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. |
| author_sort |
Lytvynenko, L. M. |
| title |
ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES |
| title_short |
ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES |
| title_full |
ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES |
| title_fullStr |
ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES |
| title_full_unstemmed |
ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES |
| title_sort |
analysis and optimization of the operating range of a monopole antenna involving ‘meander’ type slot inhomogeneities |
| title_alt |
ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОЧОГО ДІАПАЗОНУ МОНОПОЛЬНОЇ АНТЕНИ, ЩО МІСТИТЬ ЩІЛИННІ НЕОДНОРІДНОСТІ ТИПУ «МЕАНДР» |
| description |
Subject and Purpose. Th e paper presents results of numerical modeling and experimental studies of a disk-shaped microstrip antenna involving ‘meander’ type slotted inhomogeneities. The work has been aimed at optimizing the operating range of the antenna and matching it to external circuits through the use of additional structural elements and appropriate feeding techniques.Methods and Methodology. The design features a circular disk-shaped microstrip resonator containing within its plane groups of slotted inhomogeneities which form a segmented meander line, with the segments oriented relative one another at an angle of 120°. The antenna could be fed through a segment of a screened coplanar line. The location of the screening plane of the coplanar line, as well as its dimensions, were variable. Numerical simulation was carried out within the ‘semi-open resonator’ technique using the finite element method. Th e degree of optimization of the operating range was estimated, based on analyzing spectral characteristics of the antenna, for a variety of its geometric parameters, and the magnitude of the return loss over a given frequency range. Measurements of the VSWR were carried out with reflectometers.Results. Frequency and power characteristics of a monopole, disk-shaped microstrip antenna have been analyzed and optimized over a wide frequency range. Mechanical dimensions of the additional shielding plane and location thereof have been identified as factors having significant infl uence upon the frequency-dependent, polarizational and power characteristics of the antenna.Conclusions. The operating frequency range, spectral and power characteristics of a monopole, disk-shaped microstrip antenna have been studied both theoretically and experimentally. Numerical simulations were carried out with the use of the finite element method. Experimental studies of the frequency characteristics were performed using refl ectometry techniques. The antenna considered can find practical application over a wide frequency range, either as a single radiating element in a device or system, or a constituent part of an antenna array.Keywords: circular disk, slot, meander, coplanar line, radiation patternManuscript submitted 25.04.2022Radio phys. radio astron. 2022, 27(2): 083-092REFERENCES1. Bukhori, M.F., Misran, N.N., Islam, M.T., Yunus, M.M., Shakib, M.N., 2008. Design of microstrip antenna GPS application. In: 2008 IEEE Int. RF and Microwave Conf. (RFM). Kuala Lumpur, Malaysia, 2—4 Dec. 2008. IEEE Publ., pp. 464—466. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.329462. Leilei, Liu, Xiao, Shi and Yan, Zang, 2010. Consideration of UWB circular disk antenna miniaturization. In: 2010 IEEE. 12th Int. Conf. Communication Technology (ICCT). Nanjing, China, 11—14 Nov. 2010. IEEE Publ., pp. 1141—1144. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCT.2010.56891483. Lo, Y.T., Solomon, D. and Richards, W.F., 1979. Theory and Experiment on Microstrip Antennas. IEEE Trans. Antennas Propag., 27(2), pp. 137−145. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1979.11420574. Kin-Lu, Wong, 2002. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. DOI: https://doi.org/10.1002/04712211125. Hall, P.S. and Prior, C.J., 1991. Improvements in or relating to microstrip antennas. EP. Pat. 0174068B1. Available at: https://patents. google.com/patent/EP0174068B1/en.6. Maiboroda, D.V. and Pogarsky, S.A., 2014. On the choice of optimal topology of a reflecting module based upon the circular microstrip structure. Telecommunication and Radio Engineering, 73(19), pp. 1713—1726. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v73.i19.207. Mayboroda, D.V., 2015. Microstrip disk antenna with complicated radiators. Telecommunication and Radio Engineering, 74(20), pp. 1777—1782. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i20.108. Conroy, P.J. and Ariz, S., 1977. Broadband microstrip disc antenna. US. Pat. 4160976. Available at: https://patents.google.com/patent/US4160976?oq=usa+4160976.9. Pogarsky, S.A., Lytvynenko, L.M., Mayboroda, D.V. and Poznyakov, A.V., 2018. Influence of excitation method on the integral characteristics of circular patch monopole antennas. Telecommunications and Radio Engineering, 77(17), pp. 1485—1495. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v77.i17.1010. Swathi, A., Pavithra, J.J., Divya, S., Indhumathi, V., Suganthi, S. and Raghavan, S., 2013. A novel ANN optimized CPW fed truncaed star shaped fractal antenna for wireless applications. Int. J. Microwaves Appl., 2(2), pp. 77—84. Available at: http://warse.org/pdfs/2013/ijma07222013.pdf.11. Kumar, G. and Ray, K.P., 2003. Broadband microstrip antennas. Artech House. Available at: http://read.pudn.com/downloads150/ebook/652719/Broadband%20microstrip%20antennas.pdf |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1382 |
| work_keys_str_mv |
AT lytvynenkolm analysisandoptimizationoftheoperatingrangeofamonopoleantennainvolvingmeandertypeslotinhomogeneities AT pogarskysa analysisandoptimizationoftheoperatingrangeofamonopoleantennainvolvingmeandertypeslotinhomogeneities AT mayborodadv analysisandoptimizationoftheoperatingrangeofamonopoleantennainvolvingmeandertypeslotinhomogeneities AT lytvynenkolm doslídžennâtaoptimízacíârobočogodíapazonumonopolʹnoíanteniŝomístitʹŝílinníneodnorídnostítipumeandr AT pogarskysa doslídžennâtaoptimízacíârobočogodíapazonumonopolʹnoíanteniŝomístitʹŝílinníneodnorídnostítipumeandr AT mayborodadv doslídžennâtaoptimízacíârobočogodíapazonumonopolʹnoíanteniŝomístitʹŝílinníneodnorídnostítipumeandr |
| first_indexed |
2024-05-26T06:28:46Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:28:46Z |
| _version_ |
1802895107692691456 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-13822023-07-04T06:00:57Z ANALYSIS AND OPTIMIZATION OF THE OPERATING RANGE OF A MONOPOLE ANTENNA INVOLVING ‘MEANDER’ TYPE SLOT INHOMOGENEITIES ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ОПТИМІЗАЦІЯ РОБОЧОГО ДІАПАЗОНУ МОНОПОЛЬНОЇ АНТЕНИ, ЩО МІСТИТЬ ЩІЛИННІ НЕОДНОРІДНОСТІ ТИПУ «МЕАНДР» Lytvynenko, L. M. Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. circular disk; slot; meander; coplanar line; radiation pattern круговий диск; щілина; меандр; компланарна лінія; діаграма направленості Subject and Purpose. Th e paper presents results of numerical modeling and experimental studies of a disk-shaped microstrip antenna involving ‘meander’ type slotted inhomogeneities. The work has been aimed at optimizing the operating range of the antenna and matching it to external circuits through the use of additional structural elements and appropriate feeding techniques.Methods and Methodology. The design features a circular disk-shaped microstrip resonator containing within its plane groups of slotted inhomogeneities which form a segmented meander line, with the segments oriented relative one another at an angle of 120°. The antenna could be fed through a segment of a screened coplanar line. The location of the screening plane of the coplanar line, as well as its dimensions, were variable. Numerical simulation was carried out within the ‘semi-open resonator’ technique using the finite element method. Th e degree of optimization of the operating range was estimated, based on analyzing spectral characteristics of the antenna, for a variety of its geometric parameters, and the magnitude of the return loss over a given frequency range. Measurements of the VSWR were carried out with reflectometers.Results. Frequency and power characteristics of a monopole, disk-shaped microstrip antenna have been analyzed and optimized over a wide frequency range. Mechanical dimensions of the additional shielding plane and location thereof have been identified as factors having significant infl uence upon the frequency-dependent, polarizational and power characteristics of the antenna.Conclusions. The operating frequency range, spectral and power characteristics of a monopole, disk-shaped microstrip antenna have been studied both theoretically and experimentally. Numerical simulations were carried out with the use of the finite element method. Experimental studies of the frequency characteristics were performed using refl ectometry techniques. The antenna considered can find practical application over a wide frequency range, either as a single radiating element in a device or system, or a constituent part of an antenna array.Keywords: circular disk, slot, meander, coplanar line, radiation patternManuscript submitted 25.04.2022Radio phys. radio astron. 2022, 27(2): 083-092REFERENCES1. Bukhori, M.F., Misran, N.N., Islam, M.T., Yunus, M.M., Shakib, M.N., 2008. Design of microstrip antenna GPS application. In: 2008 IEEE Int. RF and Microwave Conf. (RFM). Kuala Lumpur, Malaysia, 2—4 Dec. 2008. IEEE Publ., pp. 464—466. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.329462. Leilei, Liu, Xiao, Shi and Yan, Zang, 2010. Consideration of UWB circular disk antenna miniaturization. In: 2010 IEEE. 12th Int. Conf. Communication Technology (ICCT). Nanjing, China, 11—14 Nov. 2010. IEEE Publ., pp. 1141—1144. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCT.2010.56891483. Lo, Y.T., Solomon, D. and Richards, W.F., 1979. Theory and Experiment on Microstrip Antennas. IEEE Trans. Antennas Propag., 27(2), pp. 137−145. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1979.11420574. Kin-Lu, Wong, 2002. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. DOI: https://doi.org/10.1002/04712211125. Hall, P.S. and Prior, C.J., 1991. Improvements in or relating to microstrip antennas. EP. Pat. 0174068B1. Available at: https://patents. google.com/patent/EP0174068B1/en.6. Maiboroda, D.V. and Pogarsky, S.A., 2014. On the choice of optimal topology of a reflecting module based upon the circular microstrip structure. Telecommunication and Radio Engineering, 73(19), pp. 1713—1726. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v73.i19.207. Mayboroda, D.V., 2015. Microstrip disk antenna with complicated radiators. Telecommunication and Radio Engineering, 74(20), pp. 1777—1782. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i20.108. Conroy, P.J. and Ariz, S., 1977. Broadband microstrip disc antenna. US. Pat. 4160976. Available at: https://patents.google.com/patent/US4160976?oq=usa+4160976.9. Pogarsky, S.A., Lytvynenko, L.M., Mayboroda, D.V. and Poznyakov, A.V., 2018. Influence of excitation method on the integral characteristics of circular patch monopole antennas. Telecommunications and Radio Engineering, 77(17), pp. 1485—1495. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v77.i17.1010. Swathi, A., Pavithra, J.J., Divya, S., Indhumathi, V., Suganthi, S. and Raghavan, S., 2013. A novel ANN optimized CPW fed truncaed star shaped fractal antenna for wireless applications. Int. J. Microwaves Appl., 2(2), pp. 77—84. Available at: http://warse.org/pdfs/2013/ijma07222013.pdf.11. Kumar, G. and Ray, K.P., 2003. Broadband microstrip antennas. Artech House. Available at: http://read.pudn.com/downloads150/ebook/652719/Broadband%20microstrip%20antennas.pdf Предмет і мета роботи. У роботі представлено результати чисельного моделювання та експериментальних досліджень мікросмужкової антени дискової геометрії, що містить щілинні неоднорідності типу «меандр». Метою роботи є оптимізація робочого діапазону антени та її узгодження із зовнішніми колами за рахунок використання додаткових конструктивних елементів і способів збудження.Методи та методологія. Основою конструкції антени є кільцевий дисковий мікросмужковий резонатор, у площині якого містяться групи щілинних неоднорідностей, що утворюють відрізки меандрової лінії, орієнтовані один відносно одного під кутом 120°. Збудження антени здійснювалося за допомогою відрізка екранованої компланарної лінії. Місце розташування плаского екрана компланарної лінії та його розміри були варіативними. Чисельне моделювання виконано в техниці напіввідкритого резонатора за допомогою методу скінченних елементів. Ступінь оптимізації робочого діапазону оцінено на основі аналізу спектральної характеристики антени при варіації її геометричних параметрів та аналізу величини зворотних втрат у заданому частотному діапазоні. Експериментальні вимірювання величини КСХН здійснено з використаннямрефлектометричних методів.Результати. Проаналізовано й оптимізовано частотні та енергетичні характеристики монопольної дискової мікросмужкової антени в широкому частотному діапазоні. Виявлено фактор суттєвого впливу геометричних розмірів і місця розташування додаткового плаского екрана на частотні, поляризаційні та енергетичні характеристики антени.Висновки. Теоретично й експериментально досліджено частотні, спектральні та енергетичні характеристики монопольної дискової мікросмужкової антени. Чисельне моделювання здійснено за допомогою методу скінченних елементів. Експериментальне дослідження частотних характеристик проведено з використанням рефлектометра. Антена може знайти практичне застосування в широкому діапазоні частот як поодинокий випромінювач у пристроїях або системах, так і складовий елемент антенних решіток.Ключові слова: круговий диск, щілина, меандр, компланарна лінія, діаграма направленостіСтаття надійшла до редакції 25.04.2022Radio phys. radio astron. 2022, 27(2): 083-092БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Bukhori, M.F., Misran, N.N., Islam, M.T., Yunus, M.M., Shakib, M.N., 2008. Design of microstrip antenna GPS application. In: 2008 IEEE Int. RF and Microwave Conf. (RFM). Kuala Lumpur, Malaysia, 2—4 Dec. 2008. IEEE Publ., pp. 464—466. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.329462. Leilei, Liu, Xiao, Shi and Yan, Zang, 2010. Consideration of UWB circular disk antenna miniaturization. In: 2010 IEEE. 12th Int. Conf. Communication Technology (ICCT). Nanjing, China, 11—14 Nov. 2010. IEEE Publ., pp. 1141—1144. DOI: https://doi.org/10.1109/ICCT.2010.56891483. Lo, Y.T., Solomon, D. and Richards, W.F., 1979. Theory and Experiment on Microstrip Antennas. IEEE Trans. Antennas Propag., 27(2), pp. 137−145. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1979.11420574. Kin-Lu, Wong, 2002. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. DOI: https://doi.org/10.1002/04712211125. Hall, P.S. and Prior, C.J., 1991. Improvements in or relating to microstrip antennas. EP. Pat. 0174068B1. Available at: https://patents. google.com/patent/EP0174068B1/en.6. Maiboroda, D.V. and Pogarsky, S.A., 2014. On the choice of optimal topology of a reflecting module based upon the circular microstrip structure. Telecommunication and Radio Engineering, 73(19), pp. 1713—1726. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v73.i19.207. Mayboroda, D.V., 2015. Microstrip disk antenna with complicated radiators. Telecommunication and Radio Engineering, 74(20), pp. 1777—1782. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v74.i20.108. Conroy, P.J. and Ariz, S., 1977. Broadband microstrip disc antenna. US. Pat. 4160976. Available at: https://patents.google.com/patent/US4160976?oq=usa+4160976.9. Pogarsky, S.A., Lytvynenko, L.M., Mayboroda, D.V. and Poznyakov, A.V., 2018. Influence of excitation method on the integral characteristics of circular patch monopole antennas. Telecommunications and Radio Engineering, 77(17), pp. 1485—1495. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v77.i17.1010. Swathi, A., Pavithra, J.J., Divya, S., Indhumathi, V., Suganthi, S. and Raghavan, S., 2013. A novel ANN optimized CPW fed truncaed star shaped fractal antenna for wireless applications. Int. J. Microwaves Appl., 2(2), pp. 77—84. Available at: http://warse.org/pdfs/2013/ijma07222013.pdf.11. Kumar, G. and Ray, K.P., 2003. Broadband microstrip antennas. Artech House. Available at: http://read.pudn.com/downloads150/ebook/652719/Broadband%20microstrip%20antennas.pdf Видавничий дім «Академперіодика» 2023-06-15 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1382 10.15407/rpra27.02.083 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 27, No 2 (2022); 83 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 27, No 2 (2022); 83 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 27, No 2 (2022); 83 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra27.02 en http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1382/pdf Copyright (c) 2022 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |