FSS Integrated High Gain Broadband Antenna

Abstract

Ця дослідницька робота представляє мікросмужкову широкосмугову антену гібридної форми для застосування бездротового зв’язку. Ця гібридна антена демонструє широкосмугові характеристики (2,27 – 5,55 ГГц) з 84 % часткової смуги пропускання та піковим посиленням 3,96 дБі на 3,93 ГГц. Еталонний патч еліптичної форми завантажується іншим слотом еліптичної форми для розробки остаточного патча пропонованої антени. Повна прямокутна площина заземлення спочатку зменшується вздовж ширини, а два прямокутні щілини завантажуються в належне положення для розробки площини заземлення представленої антени. Антена резонує на частотах 2,6 ГГц, 3,4 ГГц і 5,15 ГГц. Тому антену можна використовувати для додатків Wi-Fi (2,4 ГГц, 5 ГГц), діапазону WiMAX (3,4), Bluetooth (2,4 ГГц) та іншого зв’язку на короткій відстані. Подальше покращення підсилення досягається за рахунок використання структури 6 x 6 FSS (частотно-селективна поверхня) з антеною в оптимальному положенні без перешкод для широкосмугових характеристик. Максимальне посилення 5,1 дБі на 2,6 ГГц і пікове посилення 7,3 на 2,6 ГГц досягаються для композитної структури ФСС і антени. Фізичний розмір однієї антени становить 30 мм x 40 мм x 1,6 мм, а загальний розмір інтегрованої антени FSS становить 96 мм x 96 мм x 40 мм. Електричний розмір лише антени становить 0,227λ x 0,3λ x 0,012λ, а загальний електричний розмір запропонованої антени становить 0,67λ x 0,67λ x 0,28λ. Запропонована антена, елементарна комірка FSS і композитна структура побудовані з використанням підкладки FR-4 (товщина 1,6 мм, тангенс втрат ~ 0,02, діелектрична проникність ~ 4,4) і змодельовані за допомогою програмного забезпечення CST. Інтегровану антену FSS можна використовувати для зв’язку на великі відстані.

This research work represents hybrid shape microstrip patch broadband antenna for wireless communication application. This hybrid shaped antenna exhibits broadband characteristics (2.27 GHz – 5.55 GHz) with 84 % fractional bandwidth and 3.96 dBi peak gain at 3.93 GHz. An elliptical shaped reference patch is loaded with another elliptical shaped slot to design the final patch of the proposed antenna. Full rectangular ground plane is first reduced along the width and two rectangular slots are loaded in proper position to design the ground plane of the presented antenna. The antenna resonates at 2.6 GHz, 3.4 GHz and 5.15 GHz. So the antenna can be suitably used for Wi-Fi (2.4 GHz, 5 GHz), WiMAX band (3.4), Bluetooth (2.4 GHz) applications and other short range communication. Further gain improvement is achieved by incorporating 6 x 6 FSS (Frequency Selective Surface) structure with the antenna at optimal position without hampering broadband characteristics. Maximum gain enhancement of 5.1 dBi at 2.6 GHz and peak gain of 7.3 dBi at 2.6 GHz are achieved for composite structure of the FSS and antenna. Physical size of only antenna is 30 mm x 40 mm x 1.6 mm and FSS integrated antenna's overall dimension is 96 mm x 96 mm x 40 mm. Electrical size of only antenna is 0.227λ x 0.3λ x 0.012λ and overall electrical dimension Proposed antenna is 0.67λ x 0.67λ x 0.28λ. Proposed antenna, unit cell FSS and composite structure are constructed using FR-4 substrate (1.6 mm thick, loss tangent ~ 0.02, dielectric constant ~ 4.4) and simulated by CST software. FSS integrated antenna can be utilized for long range communication.