Square RR Loaded Microstrip Patch Antenna for ISM Band Applications

Abstract

У роботі мікросмужкова патч-антена із замкненими кільцевими резонаторами (RR) у формі квадрата пропонується для застосування в діапазоні ISM, що охоплює смугу частот 2,2-2,5 ГГц. Перевагами мікросмужкових антен є невелика вага, низька вартість, простота виготовлення, а також їх легко інтегрувати з інтегральними НВЧ схемами. Представлена модель антени розроблена шляхом нанесення її на підкладку FR-4, яка затиснута між патчем і землею з лінією живлення 50 Ом. Висота підкладки складає 1,6 мм, її діелектричні проникність дорівнює 4,4, а розмір підкладки, на якій виготовлена запропонована конструкція, становить 40x50 мм2. Квадратний патч розміром 25x25 мм2 нанесений із замкнутими RR для покращення підсилення та діаграми спрямованості. Для отримання змодельованих параметрів моделі для діапазону частот 2,2-2,5 ГГц використовується Ansoft High Frequency Structure Simulator, заснований на методі скінченних елементів (FEM). Параметричний аналіз проводиться для отримання оптимізованих параметрів виготовлення. Оптимізовані параметри довжини та ширини RR отримують шляхом збільшення та зменшення розмірів вищезгаданих параметрів. Вимірювання підтверджують характеристики виготовленої антени, що передбачаються результатами моделювання, з невеликим зсувом частот. Запропонована антена може бути використана для додатків WiFi, WLAN та ISM.

In this paper, a closed square ring resonator (RR) loaded microstrip patch antenna is proposed for ISM band applications covering a frequency band of 2.2-2.5 GHz. The advantages of microstrip antennas are light weight, low cost, ease of fabrication, and they can be integrated easily with microwave integrated circuits. The presented antenna model is designed by loading it in FR-4 substrate which is sandwiched between the patch and the ground with feedline of 50 Ω. The height of the substrate is taken as 1.6 mm with the dielectric constant of 4.4, and the proposed design is fabricated on 40 x 50 mm2 substrate. A square patch with dimensions of 25 x 25 mm2 is loaded with closed RRs for the enhancement of gain and radiation pattern. Ansoft High Frequency Structure Simulator which is based on the finite element method (FEM) is used to obtain the simulated parameters of the model for the frequency range of 2.2-2.5 GHz. Parametric analysis is also done to get the optimized parameters for fabrication. Optimized parameters for feed length and width of RR are obtained by increasing and decreasing the dimensions of the above-mentioned parameters. Measurements confirm the characteristics of the fabricated antenna as speculated with the simulation results with a little shift in frequencies. The proposed antenna can be used for WiFi, WLAN and ISM band applications.