A Novel Fractal Patch Antenna Using Defected Ground Structure (DGS) with High Isolation for 5G Applications

Abstract

У цьому документі представлено нову компактну фрактальну монопольну патч-антену круглої форми (FMPA) з дефектною структурою землі (DGS). Запропонована фрактальна геометрія була створена за допомогою системи ітерованих функцій (IFS). Основною метою включення цієї фрактальної геометрії є досягнення мініатюризації та широкосмугової продуктивності. Повна геометрія встановленого FMPA для додатків 5G побудована шляхом включення фракталів із квадратом і зіркою з восьми сегментів; у кожному сегменті створюємо квадрат з поворотом на 45° від одного сегмента до іншого. Розмір запропонованої фрактальної геометрії становить 14 × 6 мм2. Нижня площина антени складається з пошкоджених структур землі (DGS) для отримання кращої ізоляції та мініатюризації. Запропонована структура забезпечує хороші показники продуктивності, такі як посилення та коефіцієнт відбиття. У цій роботі використовується підкладка Rogers RO4003C, яка має діелектричну проникність 3,55, висоту 0,2 мм і тангенс втрати 0,025. Для оцінки цієї антени використовується Технологія комп’ютерного моделювання – мікрохвильова студія (CST). Запропонована антена працює на частоті 26 ГГц із смугою пропускання опору 0,357 ГГц разом із максимальним коефіцієнтом відбиття – 24,426 дБ. Зазначена антена досягає пікового посилення 3,83 дБ, максимальної ефективності випромінювання 95,78% і бажаної діаграми спрямованості завдяки збереженню її компактного розміру.

This paper presents a novel compact circular shaped fractal monopole patch antenna (FMPA) with defected ground structure (DGS). The suggested fractal geometry has been created by using an iterated function system (IFS). The primary aim behind the inclusion of this fractal geometry is used to achieve miniaturization and wideband performance. The complete geometry of the prescribed FMPA for 5G applications is constructed by incorporating fractals with square and star with eight segments; in each segment we create a square with a rotation of 45° from one segment to another. The dimension of proposed fractal geometry is 14 x 6 mm2. The bottom plane of the antenna consists of defected ground structures (DGS) to acquire better isolation and miniaturization. The proposed structure provides a good performance metrics such as gain, and reflection coefficient. The substrate used in this work is Rogers RO4003C, which has a dielectric constant of 3.55, a high of 0.2 mm, and loss tangent of 0.025. Computer Simulation Technology-Microwave Studio (CST) is used to evaluate this antenna. The suggested antenna operates at 26 GHz with an impedance bandwidth of 0.357 GHz along with maximum reflection coefficient of – 24.426 dB. The prescribed antenna attains a peak gain of 3.83 dB, maximum radiation efficiency of 95.78 % and desired radiation patterns by maintaining its compact size.