Compact Semicircle CSRR- Loaded Antenna for Triband Applications

Abstract

У даній роботі представлено аналіз та проєктування компактної тридіапазонної антени, навантаженої напівциркулярною структурою CSRR (Complementary Split-Ring Resonator). Запропонована антена має розміри 18 × 20 мм і працює на трьох резонансних частотах: 2.7 ГГц (підходить для Wi-Fi 802.11a), 3.75 ГГц (для середньочастотного діапазону 5G), 6.5 ГГц (для WLAN-застосувань). Конструкція антени включає прямокутну обмежену опорну площину, довжина якої перевищує 1/4 довжини хвилі (/4), що сприяє покращенню робочих характеристик. CSRR-структура витравлена з напівциркулярного монопольного елемента, що створює додаткові резонансні моди та дозволяє зменшити розміри антени. Антена має висоту 1.6 мм і виготовлена на діелектричній підкладці FR4 з діелектричною сталою εr  4.4. Усі три діапазони мають стабільні характеристики випромінювання та зворотні втрати нижчі за – 10 дБ, Середній коефіцієнт підсилення: 2.028 дБі. В E-площині спостерігається двонапрямна діаграма випромінювання, а в H-площині – рівномірний розподіл на нижчих частотах. Це дослідження демонструє ефективність мініатюрної конструкції антени, придатної для сучасних бездротових комунікаційних систем, зокрема 5G, Wi-Fi та WLAN, і становить перспективне рішення для майбутніх компактних пристроїв.

This manuscript presents the analysis as well as the design of a compact size 3 semicircle CSRR (Complementary Split-Ring Resonator) loaded multiband antenna. The proposed antenna has 18 mm  20 mm dimensions and resonates at three frequency bands, namely 2.7 GHz, 3.75 GHz, and 6.5 GHz, making it suitable for Wi-Fi (802.11a), mid-band 5G band, and WLAN applications. The design includes a rectangular finite ground plane that is longer than /4, which enhances performance. The semicircle CSRR structure is etched from a semicircle monopole antenna, which provides additional resonant modes and also contributes to a reduction in the overall size of the antenna. The antenna has a height of 1.6 mm and is printed on an FR4 dielectric substrate with a dielectric constant of 4.4. The designed antenna has been both simulated and fabricated. The results show that all three frequency bands have achieved stable radiation patterns and acceptable return losses (– 10 dB). The measured gain averages 2.028 dBi, indicating effective performance. The findings indicate that the antenna exhibits a bidirectional radiation pattern in the E-plane and a uniform distribution in the H-plane for lower frequency bands. This work highlights the antenna's compact design and its potential for efficient operation in modern wireless communication systems, providing a promising solution for future applications.