Feeding Methods for a Circular Shaped Multiband Patch Antenna at 5G, X and Ku Band to Quantify their Effects on Antenna Characteristics

Abstract

Стаття є порівняльним аналізом коаксіального живлення та живлення мікросмужкової лінії для щілинної круглої мікросмужкової антени. Різні методи живлення використовуються для підвищення узгодження імпедансу впливають на роботу кількох характерних параметрів, таких як коефіцієнт стоячої хвилі напруги, діаграму спрямованості, посилення тощо. Для визначення ступіню впливу на ці змінні, проводиться порівняльне дослідження, результати якого представлені в даній роботі. За допомогою тривимірного електромагнітного програмного забезпечення High Frequency Structure Simulator (HFSS) антена розроблена та змодельована. Передбачувана коаксіальна фідерна антена резонує на частотах 7,5 ГГц, 12,5 ГГц і 15 ГГц із смугою пропускання 1800, 720 і 360 МГц відповідно та 5,63 дБ як пікове посилення. Навпаки, запропонована мікросмугова фідерна антена резонує на частотах 3,5, 7, 12,8, 15, 17,5 ГГц із смугою пропускання 180, 450, 90, 1170, 2250 МГц і підсиленням 6,57 дБ. З точки зору підсилення, пропускної здатності та багатосмугових характеристик мікросмужкова лінійна подача перевершує коаксіальну зондову подачу. Антена розроблена з розміром (33,56 x 33,56) мм2. Підкладка, яка використовується для проектування круглої мікросмужкової антени, це FR4. До нових особливостей розробленої антени належать її багатодіапазонні властивості та збільшена пропускна здатність. Запропоновану антену можна ефективно використовувати в X, Ku та нижчому діапазоні 5G.

The paper is a comparative analysis of coaxial feed and microstrip line feed for a slotted circular patch microstrip antenna. When various feeding techniques are used to increase impedance matching, the performance of several characteristic parameters, such as voltage standing wave ratio, radiation pattern, gain etc. are impacted. To determine the extent to which these variables are affected, a comparison study is conducted, and the results are provided in this work. With the help of High Frequency Structure Simulator (HFSS) 3D electromagnetic software the antenna is devised and simulated. The intended coaxial feed antenna resonates at 7.5 GHz, 12.5 GHz, and 15 GHz, with bandwidths of 1800, 720, and 360 MHz, respectively, and 5.63 dB as a peak gain. In contrast, the proposed micro-strip feed antenna resonates at 3.5, 7, 12.8, 15, 17.5 GHz with a bandwidth of 180, 450, 90, 1170, 2250 MHz and a peak gain of 6.57 dB. In terms of gain, bandwidth, and multiband characteristics, microstrip line feed has been shown to outperform coaxial probe feed. The antenna designed with dimension of 33.56 x 33.56 mm2. The substrate used for the designing of circular patch microstrip antenna is FR4. The novel features of the designed antenna include its multiband properties and increased bandwidth. The proposed antenna can be utilized efficiently in X, Ku and lower 5G band.