Performance Enhancement of Microstrip Circular Ring Dual-Band Patch Antenna with Minimum Reflection for Effective Wireless Communication Applications

Abstract

У цій статті запропоновано компактну дводіапазонну круглу кільцеву патч-антену, призначену для бездротового зв'язку. Цей новий метод покращує показники продуктивності шляхом включення прямокутного слота в патч, що дозволяє працювати в двох різних діапазонах частот. Додавання слота значно збільшує втрати на відбиття антени, що є важливим для ефективного бездротового зв'язку. Оптимальні розміри запропонованої антени становлять 15  15  2,07 мм3. Підкладка FR-4, що використовується в запропонованій конструкції, є економічно ефективним, доступним, надійним та корисним в надзвичайних ситуаціях варіантом. Запропонована конструкція антени досягає чудових характеристик, незважаючи на свій невеликий розмір, ефективно працюючи як на частотах 6,9 ГГц, так і на 12,2 ГГц. Запропонована структура пропонує смугу пропускання 0,5 ГГц (6,7-7,2 ГГц) на частоті 6,9 ГГц та 0,6 ГГц (11,9-12,5 ГГц) на частоті 12,2 ГГц, а також покращені втрати на відбиття – 41 дБ та – 42 дБ, КСХН 1,02 та 1,01 на резонансі. Ці характеристики покращують узгодження імпедансу на відповідних частотах. Модельована ефективність випромінювання становить 80 % та 89 % відповідно. Крім того, піковий коефіцієнт посилення заданої антени становить 9,9 та 9,92 дБ в потрібних діапазонах частот. Ця конструкція ідеально підходить для бездротового зв'язку, оскільки вона проста, компактна та зручна для перенесення. Вона також дозволяє безперебійну роботу у двох окремих діапазонах частот з мінімальними відбиттями.

This article proposed a compact dual band circular ring patch antenna designed for wireless communication applications. This novel method improves performance metrics by incorporating a rectangular slot into the patch, which enables operation over two different frequency bands. The addition of the slot significantly increases the return loss of the antenna, which is essential for effective wireless communication. The optimal dimensions of the proposed antenna are 15  15  2.07 mm3. The FR-4 substrate used in the prescribed design provides a cost-effective, affordable, reliable, and emergency-useful option. The suggested antenna design achieves excellent performance despite its small size by operating effectively at both 6.9 GHz and 12.2 GHz. The prescribed structure offering a bandwidth of 0.5 GHz (6.7-7.2 GHz) at 6.9 GHz and 0.6 GHz (11.9-12.5 GHz) at 12.2 GHz, along with an improved return loss of – 41 dB and – 42 dB, VSWR of 1.02 and 1.01 at resonance. These characteristics enhance the impedance matching at the respective frequencies. The simulated radiation efficiencies are 80 % and 89 %, respectively. In addition, the peak-gain of the prescribed antenna is 9.9 dBi and 9.92 dBi at the desired frequency bands. This design is perfect for wireless communication applications since it is simple, compact, and easy to carry. It also allows seamless operation over two separate frequency bands with minimum reflections.