A Broadband High Gain Antenna with Parasitic Elements for Wireless Applications

Wireless devices, especially mobile communication are very popular and commonly used nowadays. Antennas which are very important parts of them allow data transfer between wireless devices without using cable. Researchers always try to improve some technical characteristics of antennas such as antenna gain, bandwidth, and radiation pattern. The suspended patch parasitic antenna which has high gain and wideband radiation characteristics is designed in this study. Air is used instead of dielectric material between the ground plane and the radiation part in the designed antenna. High gain and wideband are obtained by designing the impedance matching part between feeding point and radiating part of the antenna. In this study, the operation bandwidth of the designed antenna is approximately 1750-2550 MHz. However, the dimensions of the antenna parts can be changed depending on the wavelength to operate at 3.6 GHz and 6 GHz. There are conductive trapezoidal parasitic elements on both sides of the rectangular impedance matching part. A thin air gap between trapezoidal parts and radiating element that helps impedance matching. The antenna is designed, analyzed and simulated by using commonly used commercial EM simulation software package, HFSS. Detailed configuration, simulated return loss, radiation pattern and gain plot of the antenna are presented. Also the antenna is implemented which has 2GHz center frequency and return loss (S11) is measured.

Kablosuz Uygulamalar İçin Parazitik Elemanlı Geniş Bantlı Yüksek Kazançlı Bir Anten

Kablosuz cihazlar, özellikle mobil iletişim günümüzde çok popüler ve yaygın olarak kullanılmaktadır. Kablosuz cihazların çok önemli parçaları olan antenler cihazlar arasında kablo kullanmadan veri aktarımına olanak sağlarlar. Araştırmacılar sürekli olarak antenlerin, anten kazancı, bant genişliği ve radyasyon paterni gibi bazı teknik özelliklerini geliştirmeye çalışırlar. Bu çalışmada yüksek kazanç ve geniş bant ışıma özelliklerine sahip asılı yama anten tasarımı yapılmıştır. Tasarlanan antende toprak düzlemi ile ışıma parçası arasında dielektrik malzeme yerine hava kullanılmıştır. Yüksek kazanç ve geniş bant, besleme noktası ile ışıma parçası arasındaki empedans uygunlaştırma parçası tasarlanarak elde edilmiştir. Bu çalışmada, tasarlanan antenin çalışma bant genişliği yaklaşık 1750-2550 MHz'dir. Bununla birlikte, anten parçalarının boyutları 3.6 GHz ve 6 GHz'de çalışacak şekilde dalga boyuna bağlı olarak değiştirilebilir. Dikdörtgen empedans uygunlaştırma parçasının her iki tarafında iletken trapezoid biçimli parazitik elemanlar vardır. Trapezoidal parçalar ile ışıma parçası arasında empedans uygunlaştırmasına katkıda bulunan dar bir hava boşluğu vardır. Anten, yaygın olarak kullanılan ticari EM benzetim yazılım paketi HFSS kullanılarak tasarlanmış, analiz edilmiş ve benzetimi yapılmıştır. Detaylı yapılandırma, benzetimi yapılmış geri dönüş kaybı, ışıma paterni ve antenin kazanç grafiği sunulmuştur. Ayrıca 2GHz Merkez frekansına sahip olan anten gerçeklenmiş ve geri dönüş kaybı (S11) ölçülmüştür.

PDF

___

[1] K. Lau, "Automatic Modulation Recognition in the 868 MHz Wireless Network using Tree-Based Methods," (Ph.D. dissertation, University of British Columbia, Vancouver, Canada, 2015.

[2] J. R. Hallas, Basic Antennas: Understanding Practical Antennas and Design Includes Details of Easy-to-build Antennas!. ARRL, 2008.

[3] K. Smith, "Antennas for Low Power Wireless Applications," wireless.murata.com 1998. [Online].Available: https://wireless.murata.com/media/products/apnotes/antenna.pdf. [Accessed: October, 30, 2019].

[4] Z. N. Chen and M. Y. W. Chia, Broadband planar antennas. John Wiley & Sons, 978-0-470-87174-4, 2006.

[5] Z. N. Cheng, M. Amman, X. Qing, X. H. Wu, T. S. P. See and A.Cat, "Planar antennas," IEEE Microwave Magazine, Vol.7, Issue 1, pp. 63-73, 2006.

[6] M. Abbak, C. Karakus, I. Akduman, "A novel broadband and high gain antenna for GSM, UMTS, and LTE Wi-MAX applications, " in Proceedings of the Fourth European Conference on Antennas and Propagation. IEEE, 2010. p. 1-3.

[7] A. K. Shackelford, KF Lee, and K. M. Luk, "Design of small-size wide-bandwidth microstrip-patch antennas," IEEE antennas and propagation magazine, 45(1), 75-83, IEEE, 2003.

[8] B. Gokce, C. Karakus, F. Akleman, "Microstrip patch antenna design for UMTS handsets," in 2009 International Seminar/Workshop on Direct and Inverse Problems of Electromagnetic and Acoustic Wave Theory. IEEE, 2009. p. 171-174.

[9] Yi Huang and Kevin Boyle, Antennas: from theory to practice. John Wiley & Sons, 2008.

[10] Naftali Herscovici, "New considerations in the design of microstrip antennas," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1998, 46(6), 807-812.

[11] Naftali Herscovici, "A wide-band single-layer patch antenna," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 1998, 46(4), 471-474.

[12] Ansoft HFSS V10 User’s Guide, 2005. HFSS, Ansoft Corporation, Pittsburgh, USA. http://anlage.umd.edu/HFSSv10UserGuide.pdf [Accessed: October, 30, 2019].

[13] I. Catalkaya, C. Karakus, and S. Kent, "An Implementation of a Wideband High Gain Antenna for Non-Mobile UMTS Applications, " in 2019 9th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST) (pp. 537-539). IEEE.