Design of High Gain Compact Microstrip Patch Antenna at ISM Band

Abstract

Частотно-селективна поверхня (FSS) — це будь-яка тонка повторювана металева поверхня, призначена для відображення, пропускання або поглинання електромагнітного випромінювання відповідно до частоти хвилі. Вхідна плоска хвиля буде передана (смуга пропускання) або відбита назад (смуга зупинки) залежно від характеристик елементарної комірки. Це відбувається, коли частота електромагнітної (ЕМ) хвилі збігається з резонансною частотою компонентів FSS. Таким чином, FSS є просторовим фільтром, здатним пропускати або гальмувати електромагнітні хвилі певного діапазону частот у вільному просторі. Зараз FSS широко досліджені, і досягнуто значного прогресу в області їх проектування та реалізації для широкого спектру практичних застосувань, від мікрохвильових до оптичних частот. Представлена частотно-селективна поверхня, приєднана до нової круглої патч-антени з центральним живленням. Широка смуга від 5 ГГц до 6,2 ГГц досягається за допомогою монопольної діаграми спрямованості. Згідно з результатами моделювання запропонованої структури антени, її можна застосовувати в додатках діапазону ISM, бездротових аудіо- та відеосистемах та інших бездротових комунікаціях на частоті 5,8 ГГц. Він має симульоване максимальне підсилення 5,36 дБі та смугу пропускання 31,1%. У всьому робочому діапазоні всенаправлена діаграма спрямованості досить постійна. Загальні розміри антени становлять 27,34 x 27,34 мм2, включаючи структуру FSS, що робить компактну широкосмугову систему на 5,8 ГГц. Кругла патч-антена з ромбоподібним отвором у центрі ініціалізує перший резонанс на частоті 5,8 ГГц із розміром 20 x 20 мм2, а параметр продуктивності додатково покращується шляхом додавання структури FSS.

A Frequency-Selective Surface (FSS) is any thin, repetitive metal surface designed to reflect, transmit, or absorb electromagnetic radiation according on the frequency of the wave. The entering plane wave will either be transmitted (passband) or reflected back (stopband) depending on the characteristics of the unit cell. This happens when the frequency of an electromagnetic (EM) wave coincides with the resonance frequency of the FSS components. As a result, an FSS is a spatial filter capable of allowing or inhibiting EM waves of a certain frequency range in free space. FSSs have now been widely investigated, and great progress is being made in the field of their design and implementation for a wide range of practical applications, from microwave to optical frequencies. The Frequency Selective Surface attached to the new center-fed circular patch antenna is presented. A wide band from 5 GHz to 6.2 GHz is achieved with a monopole-like radiation pattern. According to simulation results of the proposed antenna structure, it can be applied in ISM band applications, wireless audio and video systems and other wireless communications at 5.8 GHz. It has a simulated maximum gain of 5.36 dBi and a bandwidth of 31.1 %. Throughout the operational band, the omnidirectional radiation pattern is fairly constant. The overall dimensions of the antenna are 27.34 x 27.34 mm2 including FSS structure thus makes a compactable wideband system at 5.8 GHz. A circular patch antenna with diamond slot at center initialize first resonance at 5.8 GHz with a dimension of 20 x 20 mm2 and performance parameter is further improved by appending FSS Structure.