An Ultra-Miniaturized MCPM Antenna for Ultra-Wideband Applications

Abstract

В роботі запропонована ультра-мініатюрна модифікована кругла друкована монопольна (MCPM) антена для надширокосмугових (UWB) застосувань. Запропонована антена складається з чотирьох круглих дисків, з'єднаних зі структурою MCPM антени, що призводить до збільшення пропускної здатності антени. Заявлена MCPM антена живиться від копланарного хвилевода (CPW) для узгодження імпедансу 50 Ом. Для моделювання конструкції використовувалася підкладка Rogers RT5880 (tanδ = 0,0004 і εr = 2,2). Запропонована MCPM антена для UWB застосувань розроблена та змодельована для частот від 3 до 11 ГГц за допомогою технології комп'ютерного моделювання (CST). MCPM антена успішно спроектована та змодельована, а її параметричне дослідження виконано комплексно, щоб підтвердити новизну конструкції. Крім того, запропонована антена демонструє стабільну діаграму випромінювання з гарним підсиленням в робочій смузі. Зазначена антена також порівнюється з відповідними літературними даними, щоб диференціювати її продуктивність. Загальний розмір завершеної MCPM антени становить 0,15λ0×0,15λ0×0,0016λ0, що відповідає найнижчій робочій частоті 3 ГГц. Допрацьована MCPM антена досягає пікового підсилення 3,2 дБ і спрямованості 3,9 дБі з високим ККД 85 % на частоті 11 ГГц. Крім того, антена пропонує достатньо широку пропускну здатність для використання в UWB додатках та радіозв'язку.

In this paper, an ultra-miniaturized modified circular printed monopole (MCPM) antenna is proposed for ultra-wideband (UWB) applications. The proposed antenna consists of four circular discs connected to the structure of the MCPM antenna, which leads to enhancing the antenna impedance bandwidth. The stated MCPM antenna is fed by a coplanar waveguide (CPW) to achieve a 50 Ω impedance matching. A Rogers RT5880 substrate (tanδ = 0.0004 and εr = 2.2) is employed for design simulation. The proposed UWB MCPM antenna is designed and simulated for frequencies from 3 up to 11 GHz utilizing computer simulation technology (CST) software. The MCPM antenna is successfully designed and simulated, and its parametric study is performed in a comprehensive way to validate the design novelty. Furthermore, the proposed antenna shows a stable radiation pattern with good gain in the operating band. The stated antenna is also compared with the related literature reviews to differentiate its performance. The total dimension of the finalized antenna is 0.15λ0×0.15λ0×0.0016λ0 that corresponds to the lowest operating frequency of 3 GHz. The finalized MCPM antenna achieves peak gain of 3.2 dB and directivity of 3.9 dBi with high efficiency of 85 % at 11 GHz. Besides, the antenna offers a wide enough bandwidth to be used for UWB and radio communication applications.