A Small Ultra-wideband Circular Patch Antenna with Band-notched Characteristic

Abstract

У роботі ми пропонуємо розробити круглу мікросмугову патч-антену, надруковану на FR4- епоксидній діелектричній підкладці. Розроблена антена зможе застосовуватися для UWB (надширокосмугових) додатків. Федеральна комісія зв'язку (FCC) схвалила використання частотного спектру від 3,1 до 10,6 ГГц для UWB додатків. Запропонована антена має широкий діапазон частот пропускання, який включає смугу частот 3,85-12,38 ГГц, за винятком режекторної смуги 5,1-6 ГГц, що є основною характеристикою представленої антени. Ця особливість дозволяє уникнути втручання в додатки, які працюють у цьому діапазоні, таких як WLAN, IEEE 802.11a та HIPERLAN/2. Окрім цих характеристик, розроблена антена має просту структуру та невеликі розміри 24x14x0.8 мм3. Основні робочі параметри антени, такі як VSWR, діаграма випромінювання, ефективність випромінювання та групова затримка, моделюються за допомогою електромагнітних симуляторів HFFS та CST. Зміна групової затримки антени в смузі частот від 3,85 до 12,38 ГГц є майже постійною на рівні приблизно 1,25 нс і представляє невеликі коливання, за винятком режекторної смуги 5,1-5,8 ГГц, групова затримка якої падає з 1,5 нс до – 2 нс. Ці особливості роблять запропоновану антену кращим пристроєм для UWB додатків.

In this paper, we propose to design a circular microstrip patch antenna printed on FR4-epoxy dielectric substrate. The designed antenna will be able to operate for UWB (ultra-wideband) applications. The Federal Communication Commission (FCC) has approved the use of the frequency spectrum from 3.1 to 10.6 GHz for UWB applications. The proposed antenna has a large bandwidth, which covers the frequency band of 3.85-12.38 GHz except the notch band of 5.1-6 GHz, which is the main characteristic of the presented antenna. This feature allows to avoid interferences with applications operating at this band such as WLAN, IEEE 802.11a, and HIPERLAN/2. Besides these characteristics, the designed antenna has a simple structure and small sizes of 24x14x0.8 mm3. The principal operating parameters of the antenna like VSWR, radiation pattern, radiation efficiency, and group delay are simulated using both HFFS and CST electromagnetic simulators. The variation of the group delay of the antenna in the frequency band from 3.85 to 12.38 GHz is almost constant at around 1.25 ns and presents small fluctuations, except in the vicinity of the 5.1-5.8 GHz notch band whose group delay drops from 1.5 ns to – 2 ns. These features make the proposed antenna a better device for UWB applications.