High-Gain Microstrip Patch Antenna with a Circular Slot for WiGig Applications in the V - Band

Abstract

У даній статті представлено просту, низькопрофільну прямокутну мікросмужкову антену, яка працює у V-діапазоні для програм WiGig. Початкова конструкція включає в себе прямокутну мікросмужкову антену, модифіковану шляхом вставлення невеликого круглого отвору в випромінювальну ділянку для регулювання резонансу на 60 ГГц і підвищення її коефіцієнта відбиття. Для підтримки запропонованої структури використовується повністю заземлена діелектрична підкладка Rogers RT/Duroid-5880, що має діелектричну проникність 2,2, тангенс втрати 0,0009 і товщину 0,12 мм. Остаточна конструкція розміром 4 x 7.4 x 0.12 мм3 досягає стабільного посилення понад 10,33 дБ і в робочому діапазоні з максимальним реалізованим посиленням 10,61 дБі та мінімальним значенням S11 – 60 дБ на центральній частоті. Так само запропонована антена досягає мінімального КСВ 1,026. Крім того, антена реалізує імпеданс смуги пропускання 2,22 ГГц, що розширюється від 58,809 ГГц до 61,029 ГГц, і ефективність випромінювання вище 89%. CST використовується для проектування антени, моделювання та оптимізації, тоді як HFSS перевіряє результати моделювання. Результати моделювання обох програмних симуляторів вказують на хороший рівень узгодженості.

This paper presents a simple, low-profile rectangular microstrip patch antenna operating in the V-band for WiGig applications. The initial design involves a rectangular microstrip patch antenna modified by inserting a small circular slot into the radiating patch to adjust the resonance at 60 GHz and enhance its reflection coefficient performance. To support the proposed structure, a fully grounded Rogers RT/Duroid-5880 dielectric substrate, having a dielectric constant of 2.2, a loss tangent of 0.0009, and a thickness of 0.12 mm, is employed. The final design measuring 4 x 7.4 x 0.12 mm3 attains a stable gain above 10.33 dBi over the operational band with a maximum realized gain of 10.61 dBi and a minimum S11 value of – 60 dB at the center frequency. Likewise, the proposed antenna achieves a minimum VSWR of 1.026. In addition, the antenna realizes an impedance bandwidth of 2.22 GHz extending from 58.809 GHz to 61.029 GHz and a radiation efficiency above 89%. The CST is utilized for antenna design, simulations, and optimizations, while HFSS validates the simulation results. The simulation outcomes from both software simulators indicate a good level of agreement.