Compact and Innovative Microstrip Patch Antenna with Enhanced Microwave Circuit Performance for RFID Applications

Abstract

У статті представлена мікросмужкова антена, яка характеризується компактними розмірами 60 x 40 x 0.8 мм³ і є мінімалістичною. Ця конструкція не тільки покращує кілька атрибутів мікрохвильової схеми, наприклад досягнення оптимального підсилення, але також пропонує бажану смугу пропускання. Він розроблений з використанням недорогого матеріалу FR4 товщиною 0,8 мм і відносною діелектричною проникністю (Ɛr) 4,4 для ефективної роботи в діапазоні частот від 0,7 до 1,1 ГГц. Площина заземлення розташована під підкладкою. Запропонована конструкція антени демонструє свою придатність для низьких частот завдяки своїм компактним розмірам. Результати моделювання підтверджують відповідність моделі антени. У порівнянні зі звичайними патч-антенами запропонована конструкція демонструє покращені параметри продуктивності, включаючи нижчий коефіцієнт відбиття, вищий коефіцієнт посилення та нижчий КСВН. Це моделювання було проведено за допомогою програмного забезпечення CST, що дає змогу провести комплексний порівняльний аналіз із існуючими конструкціями антен. Запропонована антена забезпечує добре узгодження імпедансу, позначене |S11| вимірювання нижче – 10 дБ, з КСВ менше 2 для широкого діапазону від 0,7 до 1,1 ГГц. Крім того, вона демонструє пікове пыдсилення 4,49 дБі саме на 0,915 ГГц. Враховуючи її резонанс на цій частоті, антена є оптимальним вибором для додатків RFID, забезпечуючи сумісність, ефективність і адаптивність для широкого спектру сценаріїв застосування RFID.

This research article introduces a microstrip patch antenna characterized by its compact dimensions of 60 x 40 x 0.8 mm³ and is minimalistic. This design not only enhances several microwave circuit attributes, such as achieving an optimal gain but also offers a desirable bandwidth. It is designed using low cost FR4 material with a thickness of 0.8 mm and a relative dielectric constant (Ɛr) of 4.4 to operate effectively within the frequency range spanning from 0.7 – 1.1 GHz. The ground plane is located beneath the substrate. The proposed antenna design demonstrates its suitability for lower frequencies due to its compact size. Simulation results validate the appropriateness of the antenna model. When compared to conventional patch antennas, the proposed design exhibits improved performance parameters, including a lower reflection coefficient, higher gain, and a lower VSWR. These simulations have been conducted using the CST software, enabling a comprehensive comparative analysis with existing antenna designs. The proposed antenna achieves outstanding impedance matching, indicated by |S11| measuring below – 10 dB, with a VSWR of less than 2 for a broad range of 0.7 to 1.1 GHz. Furthermore, it exhibits a peak gain of 4.49 dBi precisely at 0.915 GHz. Given its resonance at this frequency, the antenna proves to be an optimal selection for RFID applications, providing compatibility, efficiency, and adaptability to cater to a broad spectrum of RFID application scenarios.