A Circular CPW Fed Patch Antenna with an L-Shape and Two Semi-Circular Shaped Slots for L, Ku and K-Bands

Abstract

Запропонована кругла патч-антена була розроблена за допомогою CST studio, числовий розрахунок, виконаний на основі підходу FDTD. Антена містить три шари, такі як мідний матеріал, який використовується як заземлювальний шар, підкладка FR-4 використовується як матеріал підкладки, і, нарешті, мідь використовується як патч-шар, а загальний розмір антени становить 21 × 21 мм2. Запропонована тридіапазонна антена працює в трьох різних частотних діапазонах, таких як 1-2,1 ГГц (L-діапазон), 13 – 13,4 (Ku-діапазон) та 22,6 – 24,2 (5G мм-хвиля). Конструкція має L-подібну форму та два напівкруглі пази на поліімідній підкладці для L-, Ku та K-діапазонів. Піковий коефіцієнт підсилення становить 8,6 дБі на частоті 1,8 ГГц, 7,2 дБі на частоті 13,2 ГГц та 9,4 дБі на частоті 23,3 ГГц, отримані коефіцієнти випромінювання становлять 84 %, 76 % та 92 % на частотах 1,8 ГГц, 13,2 ГГц та 23,3 ГГц відповідно. Запропонована антена має різні переваги, включаючи три діапазони, високий коефіцієнт підсилення та високу ефективність випромінювання. Це робить її привабливим варіантом для пристроїв, що працюють у діапазонах менше 6 ГГц, Ku-діапазоні та міліметровому діапазоні. Розподіл полів E та H перевірено, щоб показати продуктивність запропонованої антени. Крім того, для перевірки продуктивності запропонованої антени також проведено параметричний аналіз.

This suggested circular patch antenna was developed with the help of CST studio, a numerical calculation performed based on the FDTD approach. Here, the proposed antenna contains three layers like copper material, which is used as a ground layer, FR-4 substrate is used as a substrate material and finally copper is used a patch layer, and the total size of the antenna is 21  21 mm2.The proposed tri–band antenna is operating at three different frequency bands like 1-2.1 GHz (L-band), 13 – 13.4 (Ku–band), and 22.6 – 24.2 (5G mm–wave). The prescribed design possesses an L-shape and two semi-circular shaped slots on a polyimide substrate for L, Ku and K-bands. The suggested antenna has a peak gain of 8.6 dBi at 1.8 GHz, 7.2 dBi at 13.2 GHz, and 9.4 dBi at 23.3 GHz, the obtained radiation efficiencies are 84 %,76 % and 92 % at 1.8 GHz, 13.2 GHz and 23.3 GHz respectively. The proposed antenna possesses various advantages including triple bands, high gain and high radiation efficiency. This makes it an attractive option for devices that operate in the Sub-6 GHz, Ku-band, and millimeter-wave frequencies. Both E and H field distributions are validated to show the performance of the suggested antenna. Additionally, parametric analysis is also done to check the proposed antenna performance.