A Hepta-band Frequency Tunable Patch Antenna for Cognitive Radio Applications

Abstract

У статті представлено нову та компактну патч-антену з регульованою частотою для додатків когнітивного радіо (4-8 ГГц), що працює на семи різних частотах. Основними характеристиками антени є великий діапазон перебудови і достатній коефіцієнт посилення. Випромінювальна ділянка антени являє собою круглу структуру, а площина заземлення модифікована іншою щілинною структурою з метою реконфігурації. Конденсатори використовуються для ізоляції клем зміщення батареї від радіочастотного живлення. Випромінювальна ділянка розділена на чотири частини прорізами необхідним чином, а PIN-діоди розміщені у відповідному положенні для зміни конфігурації антени. Дані радіочастотні перемикачі змінюють довжину слотів, а також змінюють резонансні частоти. Антеною генеруються частоти 4,62 (4,55-4,68) і 6,68 (6,60-6,84) ГГц, 5,33 (5,19-5,47), 5,59 (5,44-5,74), 5,81 (5,70-5,92), 6,12 (5,99-6,26) і 6,96 (6,85-7,15) ГГц. Загальний розмір підкладки антени становить (23×24) мм2 при товщині 1,6 мм. Для моделювання та виготовлення використовувася матеріал підкладки FR-4 з діелектричною проникністю 4,4 і тангенсом втрат 0,002. Параметри антени і результати моделювання та вимірювання показали високу узгодженість.

A novel and compact frequency tunable patch antenna for Cognitive radio applications (4-8 GHz) operating on seven different frequencies is presented in this article. Essential characteristics of this antenna are large tuning range and sufficient gain. Radiating patch of the antenna is a circular shaped structure and ground plane is modified with different slotted structure for reconfiguration purpose and capacitors are used to isolate the biasing terminals of the battery from RF power. The radiating patch divided into four parts by cutting slots in required manner and PIN diodes are placed at the appropriate position to reconfigure the antenna. These RF switches vary the length of the slots and also change the resonant frequencies. Frequencies generated by the antenna are 4.62 (4.55-4.68) and 6.68 (6.60-6.84) GHz, 5.33 (5.19- 5.47), 5.59 (5.44-5.74), 5.81 (5.70-5.92), 6.12 (5.99-6.26) and 6.96 (6.85-7.15) GHz. Total substrate size of the antenna is 23×24 mm2 with thickness of 1.6 mm. Dielectric substrate material used is FR-4 having dielectric constant of 4.4 and loss tangent 0.002 for simulation and fabrication purpose. Parameters of the antenna are analyzed, and simulation and measured results shows an excellent agreement.