A COMPOSITION PATCH ANTENNA
Subject and Purpose. The paper presents results of numerical simulation of a composition patch antenna with a complex form factor. The design combines two structures, specifically, a disc and an annular resonator. The annular resonator is fed via a coplanar structure that involves cut-ins of differe...
Збережено в:
| Дата: | 2024 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2024
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1456 |
| 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 |
rpra-journalorgua-article-1456 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-12-17T08:41:43Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
annular resonator disc resonator opening coplanar line matching frequency characteristics power characteristics |
| spellingShingle |
annular resonator disc resonator opening coplanar line matching frequency characteristics power characteristics Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. Mykhaliuk, S. M. A COMPOSITION PATCH ANTENNA |
| topic_facet |
annular resonator disc resonator opening coplanar line matching frequency characteristics power characteristics кільцевий резонатор дисковий резонатор розмикаючий заріз копланарна лінія узгодження частотні характеристики енергетичні характеристики |
| format |
Article |
| author |
Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. Mykhaliuk, S. M. |
| author_facet |
Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. Mykhaliuk, S. M. |
| author_sort |
Pogarsky, S. A. |
| title |
A COMPOSITION PATCH ANTENNA |
| title_short |
A COMPOSITION PATCH ANTENNA |
| title_full |
A COMPOSITION PATCH ANTENNA |
| title_fullStr |
A COMPOSITION PATCH ANTENNA |
| title_full_unstemmed |
A COMPOSITION PATCH ANTENNA |
| title_sort |
composition patch antenna |
| title_alt |
СКЛАДНОКОМПОЗИЦІЙНА ПАТЧ-АНТЕНА |
| description |
Subject and Purpose. The paper presents results of numerical simulation of a composition patch antenna with a complex form factor. The design combines two structures, specifically, a disc and an annular resonator. The annular resonator is fed via a coplanar structure that involves cut-ins of different geometries. The feed connections are effectuated pointwise, such as to provide for galvanic contactbetween the central conductor of the coplanar line and the annular resonator, owing to the distributed electromagnetic coupling of the annular resonator and the aperture of the coplanar line’s outer conductor. The work has been aimed at finding an optimized set of antenna parameters.Methods and Methodology. The antenna design features a combination of two resonators and an open circuit represented by the external conductor of the coplanar line. A variety of form factors were proposed for the circuit breaking slit, including such of a straight line and of a triangle. The angular parameter of the triangular slit was a variable value. Numerical simulations were carried out within a semi-open resonator model, with proper account of all the boundary conditions as specified in the finite-element method. The form of the amplitude-frequency response was optimized according to the required values of the return loss level.Results. The frequency and power characteristics of a composition patch antenna have been analyzed and optimized over a broad frequency range. The optimal values of the main parameters of the structure, affecting the functionality of the antenna have been determined, including form factors of the slits (cut-ins), angular characteristics of the triangle-shaped slit, the dielectric constant of the substrate, and the separation from the ground level.Conclusions. The frequency, spectral and power characteristics of a complex patch antenna based on a combination of annular and disc resonators, sitting above a grounding base, have been investigated over a wide frequency range. Numerical simulation was performed within a methodology combining the finite-element methods and the approaches pertinent to semi-open resonators. Principal dependences of the antenna’s electrodynamic parameters upon the geometry and characteristic dimensions of the structure and material constants thereof have been identified and studied.Keywords: annular resonator, disc resonator, opening, coplanar line, matching, frequency characteristics, power characteristicsManuscript submitted 14.08.2024Radio phys. radio astron. 2024, 29(4): 308-316REFERENCES1. Kin-Lu, Wong, 2004. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. DOI: https://doi.org/10.1002/04712211122. Habash, M.F., Tantawy, A.S., Atallah, H.A., and Abdel-Rahman, A.B., 2018. Compact Size Triple Notched-bands UWB Antenna with Sharp Band-Rejection Characteristics at WiMAX and WLAN Bands. Adv. Electromagn., 7(3), pp. 99—103. DOI: https://doi.org/10.7716/aem.v7i3.8203. Garg, R.K., Nair, M.V.D., Singhal, S., and Tomar, R., 2020. A new type of compact ultra-wideband planar fractal antenna with WLAN band rejection. Microw. Opt. Technol. Lett., 62(7), pp. 2537—2545. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.323044. Mandal, S., Karmakar, A., Singh, H., Mandal, S.K., Mahapatra, R., and Mal, A.K., 2020. A miniaturized CPW-fed on-chip UWB monopole antenna with band-notch characteristics. Int. J. Microw. Wirel. Technol., 12(1), pp. 95—102. DOI: https://doi.org/10.1017/S17590787190009415. Premchand, K., Sastry, N.N., 2019. Tapered Slot Antenna Covering 6-18 GHz for Electronic Warfare Applications. In: IEEE Int. Conf. on Electrical, Computer and Communication Technologies (ICECCT). Proc. Coimbatore, India, February 2019. Coimbatore: IEEE. DOI: https://doi.org/10.1109/ICECCT.2019.88691076. Johnson, J.H., Wang, 2020. Stealth Communication Via Smart Ultra-Wide-BandSignal in 5G, Radar, Electronic Warfare, etc. In: IEEE Int. Symp. on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting. Proc. Montreal, QC, Canada, July 2020. Montreal: IEEE, pp. 1825—1826. DOI: https://doi.org/10.1109/IEEECONF35879.2020.93301087. Pogarsky, S.A., and Mayboroda, D.V., 2023. A broadband patch antenna based on a planar unclosed annular radiator. Radio Phys. Radio Astron., 28(2), pp. 158—165. DOI: https://doi.org/10.15407/rpra28.02.1588. Wolff, I., and Knoppik, N., 1971. Microstrip ring resonator and dispersion measurement on microstrip lines. Electron Lett., 7(26), pp. 779—781. DOI: https://doi.org/10.1049/el:197105329. Ansoft HFSS /ANSYS Academic Research HF (5 tasks): 1 task(s) Permanent Customer # 1076710.10. Kumar, Girish, and Ray, K., 2003. Broadband Microstrip Atennas. Artech House antennas and propagation library Inc., ISBN 1-58053-244-6. https://studfile.net/preview/7403688/11. Ghanem, F., and Mansoul, A., 2013. An UWB to four sub-bands frequency reconfigurable CPW-fed disc monopole antenna. In: IEEE Antennas and Propagation Society Int. Symp. (APSURSI), pp. 690—691. DOI: https://doi.org/10.1109/APS.2013.671100512. Pogarsky, S.A., Mayboroda, D.V., and Mykhaliuk, S.M., 2024. Antenna based on complicated coplanar structure. EastEur. J. Phys., 2, pp. 456—462. DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-60 |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2024 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1456 |
| work_keys_str_mv |
AT pogarskysa acompositionpatchantenna AT mayborodadv acompositionpatchantenna AT mykhaliuksm acompositionpatchantenna AT pogarskysa skladnokompozicíjnapatčantena AT mayborodadv skladnokompozicíjnapatčantena AT mykhaliuksm skladnokompozicíjnapatčantena AT pogarskysa compositionpatchantenna AT mayborodadv compositionpatchantenna AT mykhaliuksm compositionpatchantenna |
| first_indexed |
2025-12-02T15:28:07Z |
| last_indexed |
2025-12-02T15:28:07Z |
| _version_ |
1851757483585961984 |
| spelling |
rpra-journalorgua-article-14562024-12-17T08:41:43Z A COMPOSITION PATCH ANTENNA СКЛАДНОКОМПОЗИЦІЙНА ПАТЧ-АНТЕНА Pogarsky, S. A. Mayboroda, D. V. Mykhaliuk, S. M. annular resonator; disc resonator; opening; coplanar line; matching; frequency characteristics; power characteristics кільцевий резонатор; дисковий резонатор; розмикаючий заріз; копланарна лінія; узгодження; частотні характеристики; енергетичні характеристики Subject and Purpose. The paper presents results of numerical simulation of a composition patch antenna with a complex form factor. The design combines two structures, specifically, a disc and an annular resonator. The annular resonator is fed via a coplanar structure that involves cut-ins of different geometries. The feed connections are effectuated pointwise, such as to provide for galvanic contactbetween the central conductor of the coplanar line and the annular resonator, owing to the distributed electromagnetic coupling of the annular resonator and the aperture of the coplanar line’s outer conductor. The work has been aimed at finding an optimized set of antenna parameters.Methods and Methodology. The antenna design features a combination of two resonators and an open circuit represented by the external conductor of the coplanar line. A variety of form factors were proposed for the circuit breaking slit, including such of a straight line and of a triangle. The angular parameter of the triangular slit was a variable value. Numerical simulations were carried out within a semi-open resonator model, with proper account of all the boundary conditions as specified in the finite-element method. The form of the amplitude-frequency response was optimized according to the required values of the return loss level.Results. The frequency and power characteristics of a composition patch antenna have been analyzed and optimized over a broad frequency range. The optimal values of the main parameters of the structure, affecting the functionality of the antenna have been determined, including form factors of the slits (cut-ins), angular characteristics of the triangle-shaped slit, the dielectric constant of the substrate, and the separation from the ground level.Conclusions. The frequency, spectral and power characteristics of a complex patch antenna based on a combination of annular and disc resonators, sitting above a grounding base, have been investigated over a wide frequency range. Numerical simulation was performed within a methodology combining the finite-element methods and the approaches pertinent to semi-open resonators. Principal dependences of the antenna’s electrodynamic parameters upon the geometry and characteristic dimensions of the structure and material constants thereof have been identified and studied.Keywords: annular resonator, disc resonator, opening, coplanar line, matching, frequency characteristics, power characteristicsManuscript submitted 14.08.2024Radio phys. radio astron. 2024, 29(4): 308-316REFERENCES1. Kin-Lu, Wong, 2004. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons. DOI: https://doi.org/10.1002/04712211122. Habash, M.F., Tantawy, A.S., Atallah, H.A., and Abdel-Rahman, A.B., 2018. Compact Size Triple Notched-bands UWB Antenna with Sharp Band-Rejection Characteristics at WiMAX and WLAN Bands. Adv. Electromagn., 7(3), pp. 99—103. DOI: https://doi.org/10.7716/aem.v7i3.8203. Garg, R.K., Nair, M.V.D., Singhal, S., and Tomar, R., 2020. A new type of compact ultra-wideband planar fractal antenna with WLAN band rejection. Microw. Opt. Technol. Lett., 62(7), pp. 2537—2545. DOI: https://doi.org/10.1002/mop.323044. Mandal, S., Karmakar, A., Singh, H., Mandal, S.K., Mahapatra, R., and Mal, A.K., 2020. A miniaturized CPW-fed on-chip UWB monopole antenna with band-notch characteristics. Int. J. Microw. Wirel. Technol., 12(1), pp. 95—102. DOI: https://doi.org/10.1017/S17590787190009415. Premchand, K., Sastry, N.N., 2019. Tapered Slot Antenna Covering 6-18 GHz for Electronic Warfare Applications. In: IEEE Int. Conf. on Electrical, Computer and Communication Technologies (ICECCT). Proc. Coimbatore, India, February 2019. Coimbatore: IEEE. DOI: https://doi.org/10.1109/ICECCT.2019.88691076. Johnson, J.H., Wang, 2020. Stealth Communication Via Smart Ultra-Wide-BandSignal in 5G, Radar, Electronic Warfare, etc. In: IEEE Int. Symp. on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting. Proc. Montreal, QC, Canada, July 2020. Montreal: IEEE, pp. 1825—1826. DOI: https://doi.org/10.1109/IEEECONF35879.2020.93301087. Pogarsky, S.A., and Mayboroda, D.V., 2023. A broadband patch antenna based on a planar unclosed annular radiator. Radio Phys. Radio Astron., 28(2), pp. 158—165. DOI: https://doi.org/10.15407/rpra28.02.1588. Wolff, I., and Knoppik, N., 1971. Microstrip ring resonator and dispersion measurement on microstrip lines. Electron Lett., 7(26), pp. 779—781. DOI: https://doi.org/10.1049/el:197105329. Ansoft HFSS /ANSYS Academic Research HF (5 tasks): 1 task(s) Permanent Customer # 1076710.10. Kumar, Girish, and Ray, K., 2003. Broadband Microstrip Atennas. Artech House antennas and propagation library Inc., ISBN 1-58053-244-6. https://studfile.net/preview/7403688/11. Ghanem, F., and Mansoul, A., 2013. An UWB to four sub-bands frequency reconfigurable CPW-fed disc monopole antenna. In: IEEE Antennas and Propagation Society Int. Symp. (APSURSI), pp. 690—691. DOI: https://doi.org/10.1109/APS.2013.671100512. Pogarsky, S.A., Mayboroda, D.V., and Mykhaliuk, S.M., 2024. Antenna based on complicated coplanar structure. EastEur. J. Phys., 2, pp. 456—462. DOI: https://doi.org/10.26565/2312-4334-2024-2-60 Предмет і мета роботи. У роботі представлено результати числового моделювання складнокомпозиційної патч-антени із складним форм-фактором. Основою антени є комбінація двох резонаторів – дискового та кільцевого. Збудження кільцевого резонатора здійснюється за допомогою копланарної структури із зарізами різної форми: точково за рахунок гальванічного контакта центрального провідника копланарної лінії та кільцевого резонатора і за рахунок розподіленого електромагнітного зв’язку кільцевого резонатора й апертури зовнішнього провідника копланарної лінії. Основна мета роботи полягала в знаходженні оптимального набору параметрів антени, які відповідали б вимогам за виглядом амплітудно-частотної характеристики, коефіцієнту підсилення, енергетичних характеристик.Методи та методологія. Особливістю конструкції антени є комбінація двох резонаторів і розімкнутого зовнішнього провідника копланарної лінії. Досліджувалися різні форм-фактори розмикаючого зарізу: прямий і трикутний. Кутовий параметр трикутного зарізу був варіативною величиною. Числове моделювання проводилося з використанням моделі напіввідкритого резонатора з урахуванням всіх обмежувальних умов моделі в межах методу кінцевих елементів. Оптимізовано вигляд амплітудно-частотної характеристики за необхідними значеннями рівня зворотних втрат |S11 |, на підставі чого можна оцінювати рівень узгодження із зовнішніми колами, величини коефіцієнта підсилення та діаграми спрямованості.Результати. Проаналізовано й оптимізовано частотні та енергетичні характеристики складнокомпозиційної патч-антени на комбінації кільцевого та дискового резонаторів у широкому частотному діапазоні. Встановлено оптимальні значення основних параметрів структури, які впливають на функціональність антени, а саме: форм-фактор зарізу, кутову характеристику трикутного зарізу, значення діелектричної проникності підкладки, відстані до заземлюючої основи.Висновки. Вивчено частотні, спектральні та енергетичні характеристики складнокомпозиційної патч-антени на основі комбінації кільцевого та дискового резонаторів, розміщених над заземлюючою основою в широкому частотному діапазоні. Числове моделювання виконано в межах комбінації методів напіввідкритого резонатора та методу кінцевих елементів. Визначено основні залежності електродинамічних параметрів антени від геометричних, характерних розмірів і матеріальних констант. Отримані результати дозволяють прогнозувати використання таких антен як самостійних випромінювачів і як елементів фазованих антенних решіток.Ключові слова: кільцевий резонатор, дисковий резонатор, розмикаючий заріз, копланарна лінія, узгодження, частотні характеристики, енергетичні характеристикиСтаття надійшла до редакції 25.03.2024Radio phys. radio astron. 2024, 29(4): 308-317БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Kin-Lu Wong. Compact and Broadband Microstrip Antennas. John Wiley & Sons, 2004. 344 p. DOI: 10.1002/04712211122. Habash M.F., Tantawy A.S., Atallah H.A., and Abdel-Rahman A.B. Compact Size Triple Notched-bands UWB Antenna with Sharp Band-Rejection Characteristics at WiMAX and WLAN Bands. Adv. Electromagn. 2018. Vol. 7, Iss. 3. P. 99—103. DOI:10.7716/aem.v7i3.8203. Garg R.K., Nair M.V.D., Singhal S., and Tomar R. A new type of compact ultra-wideband planar fractal antenna with WLAN band rejection. Microw. Opt. Technol. Lett. 2020. Vol. 62, Iss. 7. P. 2537—2545. DOI: 10.1002/mop.323044. Mandal S., Karmakar A., Singh H., Mandal S. K., Mahapatra R., and Mal A. K. A miniaturized CPW-fed on-chip UWB monopole antenna with band-notch characteristics. Int. J. Microwand Wirel. Technol. 2020. Vol. 12, Iss. 1. P. 95—102. DOI:10.1017/S17590787190009415. Premchand K., and Sastry N.N. Tapered Slot Antenna Covering 6-18 GHz for Electronic Warfare Applications. Proc. 2019 IEEE Int. Conf. on Electrical, Computer and Communication Technologies (ICECCT), (Coimbatore, India, February 2019). DOI:10.1109/ICECCT.2019.88691076. Wang J.J.H. Stealth Communication Via Smart Ultra-Wide-BandSignal in 5G, Radar, Electronic Warfare, etc. Proc. 2020 IEEE Int. Symp on Antennas and Propagation and North American Radio Science Meeting. (Montreal, QC, Canada, July 2020). IEEE, 2020. P. 1825—1826. DOI: 10.1109/IEEECONF35879.2020.93301087. Погарський С.О., Майборода Д.В. Широкодіапазонна патч-антена на основі розімкнутого площинного кільцевого випромінювача. Радiофiзика i радiоастрономiя. 2023. Т. 28, No 2. С. 158—165. DOI: 10.15407/rpra28.02.1588. Wolff I., and Knoppik N. Microstrip ring resonator and dispersion measurement on microstri plines. Electron Lett. 1971. Vol. 7, Iss. 26. P. 779—781. DOI: 10.1049/el:197105329. Ansoft HFSS /ANSYS Academic Research HF (5 tasks): 1 task(s) Permanent Customer # 1076710.10. Kumar Girish, Ray K. Broadband Microstrip Atennas. Artech House antennas and propagation library Inc. 2003. ISBN 1-58053-244-6. https://studfile.net/preview/7403688/11. Ghanem F., and Mansoul A. An UWB to four sub-bands frequency reconfigurable CPW-fed disc monopole antenna. Proc. 2013 IEEE Antennas and Propagation Society Int. Symp. (APSURSI). 2013. Р. 690—691. DOI: 10.1109/aps.2013.671100512. Pogarsky S.A., Mayboroda D.V., and Mykhaliuk S.M. Antenna based on complicated coplanar structure. EastEur. J. Phys. 2024. 2. P. 456—462. DOI: 10.26565/2312-4334-2024-2-60 Видавничий дім «Академперіодика» 2024-12-10 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1456 10.15407/rpra29.04.308 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 29, No 4 (2024); 308 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 29, No 4 (2024); 308 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 29, No 4 (2024); 308 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra29.04 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1456/pdf Copyright (c) 2024 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |