Multiband Operational Antenna in Ultra Wide Band (UWB) Frequency Range with Substrate Structure Modification Approach

Abstract

У цій роботі автори пропонують новий підхід до покращення характеристик коефіцієнта підсилення та смуги пропускання багатодіапазонної робочої антени в ультраширокосмуговому (UWB) діапазоні за рахунок модифікації структури підкладки. Дуговий сегмент кільця (annular ring arc) є частиною кільця з певною довжиною та секторним кутом, який впливає на ефективну апертуру антени. Така структура дозволяє поліпшити узгодженість смуги пропускання з підсиленням антени. Довжина, ширина та кут дуги кільця були визначені математично, виходячи з розрахунку ефективної апертури. Крім того, оптимальне розміщення дуг кільця було встановлено експериментально та розглядається як важливий фактор у підвищенні продуктивності. Проектування антени завершено за три ітерації, після чого виготовлено фізичний зразок та проведено випробування. Результати вимірювань та моделювання узгоджуються. Антена працює в частотному діапазоні від 2.1 до 10.4 ГГц, при цьому досягнуто зменшення розміру конструкції. Для виготовлення використано підкладку FR4 з товщиною 0,8 мм і діелектричною проникністю 4.4. Антена демонструє прийнятні значення зворотних втрат у всій робочій смузі. Запропонована конструкція демонструє значне покращення параметрів, таких як підсилення, смуга пропускання та зворотні втрати. Розміщення дуг було визначено експериментально під час моделювання, а для забезпечення кількох частот смуги загасання можна додати кілька дуг.

In this paper, authors propose a new way of improving the gain-bandwidth performance of Multiband Operational Antenna in Ultra Wide Band (UWB) frequency range with substrate structure modification Approach. Annular ring arc is portion of the annular ring with specific length and sector angle that contributes to effective aperture area of the antenna. Hence, such structure helps to improve gain-bandwidth performance of antenna. Length, width, and angle of ring-arc was calculated mathematically based on effective aperture of antenna. The proper placement of annular rings is another important factor discussed in this paper was found by experimentation. The antenna design is completed within three iterations and finalized antenna was fabricated and tested. Measurement results and simulation results of antenna agreed. The antenna frequency band ranges from 2.1 GHz to 10.4 GHz with achieved size reduction. The antenna was fabricated on FR4 epoxy substrate with 0.8 mm thickness and dielectric constant of 4.4 and achieves acceptable return loss over the band of operation. The Antenna suggested in the paper is showing good improvement in the antenna parameters such as Gain, Bandwidth, Return loss etc. In this, Placement of arcs was determined by experimentation during simulation. Multiple arcs can be introduced for multiple stop band frequencies.