A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR
Subject and Purpose. Results are presented of numerical simulation of a patch antenna in the form of a planar unclosed annular radiator placed above an earthed plane. The work has been aimed at optimizing the key parameters of the antenna, like the degree of its matching with external circuits, achi...
Збережено в:
| Дата: | 2023 |
|---|---|
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2023
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1414 |
| 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-1414 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
annular resonator unclosed sector coplanar line matching frequency characteristics power characteristics кільцевий резонатор розмикальний сектор копланарна лінія узгодження частотні характеристики енергетичні характеристики |
| spellingShingle |
annular resonator unclosed sector coplanar line matching frequency characteristics power characteristics кільцевий резонатор розмикальний сектор копланарна лінія узгодження частотні характеристики енергетичні характеристики Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR |
| topic_facet |
annular resonator unclosed sector coplanar line matching frequency characteristics power characteristics кільцевий резонатор розмикальний сектор копланарна лінія узгодження частотні характеристики енергетичні характеристики |
| format |
Article |
| author |
Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. |
| author_facet |
Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. |
| author_sort |
Pogarsky, S. A. |
| title |
A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR |
| title_short |
A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR |
| title_full |
A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR |
| title_fullStr |
A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR |
| title_full_unstemmed |
A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR |
| title_sort |
broadband patch antenna based on a planar unclosed annular radiator |
| title_alt |
ШИРОКОДІАПАЗОННА ПАТЧ-АНТЕНА НА ОСНОВІ РОЗІМКНУТОГО ПЛОЩИННОГО КІЛЬЦЕВОГО ВИПРОМІНЮВАЧА |
| description |
Subject and Purpose. Results are presented of numerical simulation of a patch antenna in the form of a planar unclosed annular radiator placed above an earthed plane. The work has been aimed at optimizing the key parameters of the antenna, like the degree of its matching with external circuits, achievable through proper selection of the excitation method and variation of the substrate permittivity, antenna gain, and power and polarization characteristics.Methods and Methodology. The antenna has been designed as an unclosed annular strip line. The angular width of the gap in the ring was varied during the optimization process. The antenna is excited via a segment of a coplanar line. The numerical simulation was performed for the unclosed resonator model, with all the limitations imposed on the model in the framework of the finite element method. The performance characteristics of the antenna have been optimized with account of the return loss level, gain magnitude and ellipticity over the given frequency range.Results. Frequency and power characteristics of the patch antenna based on an unclosed annular strip-line radiator have been analyzed and optimized over a broad frequency range. The impact of key parameters of the structure upon its performance characteristics has been established, specifically of the angular width of the gap in the unclosed ring, separation from the ground plane, and dielectric permittivity value in the substrate. The possibility has been demonstrated of generating radiation fields of an elliptical polarization which is rather close to circular.Conclusions. The frequency, spectral and power characteristics studied of a patch antenna built around a planar unclosed annular strip-line radiator above an earthed plane. The numerical modeling was performed within the framework of the finite element method. The principal dependences of the antenna’s electrodynamic performance upon such parameters as geometry, characteristic dimensions and material constants have been condsidered. The results obtained allow suggesting application of such antennas in the capacity of both independent radiators and elements of phased antenna arrays.Keywords: annular resonator, unclosed sector, coplanar line, matching, frequency characteristics, power characteristicsManuscript submitted 20.02.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(2): 158-165REFERENCES1. Wong, Kin-Lu., 2004. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. 344 p. DOI: https://doi.org/10.1002/04712211122. Kumar, G., Ray, K.P., 2003. Broadband microstrip antennas. Artech House. 407 p. Available at: https://www.academia.edu/ 33736544/Broadband_Microstrip_Antenna.3. Juhua, Liu, Xue, Quan, Wong, Hang, Lai, Hau Wah, Long, Yunliang, 2013. Design and analysis of a low-profile and broadband microstrip monopolar patch antenna. IEEE Trans. Antennas Propag., 61(1), рр. 11—18. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2012.22149964. Maiboroda, D.V., Pogarsky, S.A., 2014. On the choice of optimal topology of a reflecting module based upon the circular mi- crostrip structure. Telecommunication and Radio Engineering, 73(19), рр. 1713—1726. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v73.i19.205. Rajak N., Chattoraj N., Mark R. 2019. Metamaterial cell inspired high gain multiband antenna for wireless applications. AEU, 109, рр. 23—30. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2019.07.0036. Li, Y., Yu, W., 2015. A miniaturized triple band monopole antenna for WLAN and WiMAX applications. Int. J. Antennas Propag., 2015, id. 46780, 5 p. DOI: https://doi.org/10.1155/2015/1467807. Karpova, L., Boiko, J., Eromenko, O., 2019. Synthesis of ambiguity functions for complex radar signal processing. In: 2019 IEEE Int.Scientific-Practical Conf. Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T). Kyiv, Ukraine, 08—11 Oct. 2019. IEEE, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/PICST47496.2019.90613578. Wang, Z., Juhua, L., Yunliang, L., 2019. A simple wide-bandwidth and high-gain microstrip patch antenna with both sides short- ed. IEEE Antennas and Wirel. Propag. Lett., 18(6), pp. 1144—1148. DOI: https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.29110459. Ahmad, A., Kabeer, M., Sanad, S., Olule, L.J., 2021. Compact single‐varactor diode frequency‐reconfigurable microstrip patch antenna. IET Microwaves Antennas Propag., 15(9), pp. 1100—1107. DOI: https://doi.org/10.1049/mia2.1211710. Xue, F., Wang, H., Wang, Y., Zhang, L., 2018. Broadband and high efficiency single-layer reflectarray using circular ring attached two sets of phase-delay lines. PIER M, 66, pp. 193–202. DOI: https://doi.org/10.2528/PIERM1801091611. Ansoft HFSS /ANSYS Academic Research HF (5 tasks): 1 task(s) Permanent with TECS expiring 01-May-2020 Customer # 1076710. |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2023 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1414 |
| work_keys_str_mv |
AT pogarskysa abroadbandpatchantennabasedonaplanarunclosedannularradiator AT mayborodadv abroadbandpatchantennabasedonaplanarunclosedannularradiator AT pogarskysa širokodíapazonnapatčantenanaosnovírozímknutogoploŝinnogokílʹcevogovipromínûvača AT mayborodadv širokodíapazonnapatčantenanaosnovírozímknutogoploŝinnogokílʹcevogovipromínûvača AT pogarskysa broadbandpatchantennabasedonaplanarunclosedannularradiator AT mayborodadv broadbandpatchantennabasedonaplanarunclosedannularradiator |
| first_indexed |
2024-05-26T06:28:56Z |
| last_indexed |
2024-05-26T06:28:56Z |
| _version_ |
1802895111410941952 |
| spelling |
oai:ri.kharkov.ua:article-14142023-06-27T05:49:48Z A BROADBAND PATCH ANTENNA BASED ON A PLANAR UNCLOSED ANNULAR RADIATOR ШИРОКОДІАПАЗОННА ПАТЧ-АНТЕНА НА ОСНОВІ РОЗІМКНУТОГО ПЛОЩИННОГО КІЛЬЦЕВОГО ВИПРОМІНЮВАЧА Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. annular resonator; unclosed sector; coplanar line; matching; frequency characteristics; power characteristics кільцевий резонатор; розмикальний сектор; копланарна лінія; узгодження; частотні характеристики; енергетичні характеристики Subject and Purpose. Results are presented of numerical simulation of a patch antenna in the form of a planar unclosed annular radiator placed above an earthed plane. The work has been aimed at optimizing the key parameters of the antenna, like the degree of its matching with external circuits, achievable through proper selection of the excitation method and variation of the substrate permittivity, antenna gain, and power and polarization characteristics.Methods and Methodology. The antenna has been designed as an unclosed annular strip line. The angular width of the gap in the ring was varied during the optimization process. The antenna is excited via a segment of a coplanar line. The numerical simulation was performed for the unclosed resonator model, with all the limitations imposed on the model in the framework of the finite element method. The performance characteristics of the antenna have been optimized with account of the return loss level, gain magnitude and ellipticity over the given frequency range.Results. Frequency and power characteristics of the patch antenna based on an unclosed annular strip-line radiator have been analyzed and optimized over a broad frequency range. The impact of key parameters of the structure upon its performance characteristics has been established, specifically of the angular width of the gap in the unclosed ring, separation from the ground plane, and dielectric permittivity value in the substrate. The possibility has been demonstrated of generating radiation fields of an elliptical polarization which is rather close to circular.Conclusions. The frequency, spectral and power characteristics studied of a patch antenna built around a planar unclosed annular strip-line radiator above an earthed plane. The numerical modeling was performed within the framework of the finite element method. The principal dependences of the antenna’s electrodynamic performance upon such parameters as geometry, characteristic dimensions and material constants have been condsidered. The results obtained allow suggesting application of such antennas in the capacity of both independent radiators and elements of phased antenna arrays.Keywords: annular resonator, unclosed sector, coplanar line, matching, frequency characteristics, power characteristicsManuscript submitted 20.02.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(2): 158-165REFERENCES1. Wong, Kin-Lu., 2004. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. 344 p. DOI: https://doi.org/10.1002/04712211122. Kumar, G., Ray, K.P., 2003. Broadband microstrip antennas. Artech House. 407 p. Available at: https://www.academia.edu/ 33736544/Broadband_Microstrip_Antenna.3. Juhua, Liu, Xue, Quan, Wong, Hang, Lai, Hau Wah, Long, Yunliang, 2013. Design and analysis of a low-profile and broadband microstrip monopolar patch antenna. IEEE Trans. Antennas Propag., 61(1), рр. 11—18. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.2012.22149964. Maiboroda, D.V., Pogarsky, S.A., 2014. On the choice of optimal topology of a reflecting module based upon the circular mi- crostrip structure. Telecommunication and Radio Engineering, 73(19), рр. 1713—1726. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v73.i19.205. Rajak N., Chattoraj N., Mark R. 2019. Metamaterial cell inspired high gain multiband antenna for wireless applications. AEU, 109, рр. 23—30. DOI: https://doi.org/10.1016/j.aeue.2019.07.0036. Li, Y., Yu, W., 2015. A miniaturized triple band monopole antenna for WLAN and WiMAX applications. Int. J. Antennas Propag., 2015, id. 46780, 5 p. DOI: https://doi.org/10.1155/2015/1467807. Karpova, L., Boiko, J., Eromenko, O., 2019. Synthesis of ambiguity functions for complex radar signal processing. In: 2019 IEEE Int.Scientific-Practical Conf. Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T). Kyiv, Ukraine, 08—11 Oct. 2019. IEEE, 2019. DOI: https://doi.org/10.1109/PICST47496.2019.90613578. Wang, Z., Juhua, L., Yunliang, L., 2019. A simple wide-bandwidth and high-gain microstrip patch antenna with both sides short- ed. IEEE Antennas and Wirel. Propag. Lett., 18(6), pp. 1144—1148. DOI: https://doi.org/10.1109/LAWP.2019.29110459. Ahmad, A., Kabeer, M., Sanad, S., Olule, L.J., 2021. Compact single‐varactor diode frequency‐reconfigurable microstrip patch antenna. IET Microwaves Antennas Propag., 15(9), pp. 1100—1107. DOI: https://doi.org/10.1049/mia2.1211710. Xue, F., Wang, H., Wang, Y., Zhang, L., 2018. Broadband and high efficiency single-layer reflectarray using circular ring attached two sets of phase-delay lines. PIER M, 66, pp. 193–202. DOI: https://doi.org/10.2528/PIERM1801091611. Ansoft HFSS /ANSYS Academic Research HF (5 tasks): 1 task(s) Permanent with TECS expiring 01-May-2020 Customer # 1076710. Предмет і мета роботи. У статті наведено результати чисельного моделювання патч-антени на основі розімкнутого площинного кільцевого випромінювача, розміщеного над заземленою площиною. Основна мета роботи полягала в оптимізації ключових параметрів антени: ступеня узгодження антени із зовнішніми колами за рахунок вибору способу збудження та варіації значень діелектричної проникності підкладки, коефіцієнта підсилення антени, енергетичних і поляризаційних характеристик.Методи і методологія. Антену спроєктовано на основі смужкового розімкнутого кільця. Кутовий параметр розмикального сектора в процесі оптимізації варіювався. Збудження антени здійснювалося за допомогою відрізка копланарної лінії. Чисельне моделювання виконано методом скінченних елементів з використанням моделі напіввідкритого резонатора з урахуванням її обмежувальних умов. Характеристики антени оптимізовані з урахуванням рівня зворотних втрат |S11| , коефіцієнта підсилення, коефіцієнта еліптичності в заданому частотному діапазоні.Результати. Проаналізовано й оптимізовано частотні та енергетичні характеристики патч-антени на основі розімкнутого площинного кільцевого випромінювача в широкому частотному діапазоні. Установлено характер впливу на значення основних параметрів структури: кутового розміру розмикального сектора, відстані до заземлювальної основи, значення діелектричної проникності базової підкладки. Установлено можливість формування випромінюваних полів еліптичної поляризації, близької до кругової.Висновок. Вивчено частотні, спектральні та енергетичні характеристики патч-антени на основі розімкнутого площинного кільцевого випромінювача, розміщеного над заземленою площиною. Установлено основні залежності електродинамічних параметрів антени від характерних геометричних розмірів і матеріальних констант. Отримані результати дозволяють прогнозувати використання таких антен як самостійних випромінювачів і як елементів фазованих антенних решіток.Ключові слова: кільцевий резонатор, розмикальний сектор, копланарна лінія, узгодження, частотні характеристики, енергетичні характеристикиСтаття надійшла до редакції 20.02.2023Radio phys. radio astron. 2023, 28(2): 158-165БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК 1. Wong Kin-Lu. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. 2004. 344 p. DOI: 10.1002/0471221112 2. Kumar G., and Ray K.P. Broadband microstrip antennas. Artech House. 2003. 407 p. URL: https://www.academia.edu/33736544/ Broadband_Microstrip_Antenna. 3. Liu Juhua, Xue Quan, Wong Hang, Lai Hau Wah, and Long Yunliang. Design and analysis of a low-profile and broadband mi- crostrip monopolar patch antenna. IEEE Trans. Antennas Propag. 2013. Vol. 61. Iss. 1. Р. 11—18. DOI: 10.1109/TAP.2012.2214996 4. Maiboroda D.V., and Pogarsky S.A. On the choice of optimal topology of a reflecting module based upon the circular microstrip structure. Telecommunication and Radio Engineering. 2014. Vol. 73, Iss. 19. Р. 1713—1726. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v73. i19.20 5. Rajak N., Chattoraj N., and Mark R. Metamaterial cell inspired high gain multiband antenna for wireless applications. AEU. 2019. Vol. 109. Р. 23—30. DOI: 10.1016/j.aeue.2019.07.003 6. Li Y., and Yu W. A miniaturized triple band monopole antenna for WLAN and WiMAX applications. Int. J. Antennas Propag. 2015. Vol. 2015. Id. 46780, 5 p. DOI: 10.1155/2015/146780 7. Karpova L., Boiko J., and Eromenko O. Synthesis of ambiguity functions for complex radar signal processing. 2019 IEEE Int. Scientific-Practical Conf. Problems of Infocommunications, Science and Technology (PIC S&T). (Kyiv, Ukraine, 08—11 Oct. 2019). IEEE, 2019. P. 1—6. DOI: 10.1109/PICST47496.2019.9061357 8. Wang Z., Juhua L., and Yunliang L. A simple wide-bandwidth and high-gain microstrip patch antenna with both sides shorted.IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett. 2019. Vol.18, Iss. 6. P. 1144—1148. DOI: 10.1109/LAWP.2019.2911045 9. Ahmad A, Kabeer M., Sanad S., and Olule, L.J. Compact single‐varactor diode frequency‐reconfigurable microstrip patch anten- na. IET Microwaves Antennas Propag. 2021. Vol. 15, Iss. 9. P. 1100—1107. DOI: 10.1049/mia2.12117 10. Xue F., Wang H., Wang Y., and Zhang L. Broadband and high efficiency single-layer reflectarray using circular ring attached two sets of phase-delay lines. PIER M. 2018. Vol. 66. P. 193–202. DOI: 10.2528/PIERM18010916 11. Ansoft HFSS /ANSYS Academic Research HF (5 tasks): 1 task(s) Permanent with TECS expiring 01-May-2020 Customer# 1076710 Видавничий дім «Академперіодика» 2023-06-16 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1414 10.15407/rpra28.02.158 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 28, No 2 (2023); 158 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 28, No 2 (2023); 158 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 28, No 2 (2023); 158 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra28.02 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1414/pdf Copyright (c) 2023 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |