Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 4

The Design of Capsule-Shaped Patch Antenna with Multiple Rectangular Slotted for 3D Printing Technology using Conductive PLA Material

Projekt anteny krosowej w kształcie kapsułki z wieloma prostokątnymi szczelinami do technologii druku 3D przy użyciu przewodzącego materiału PLA

10.15199/48.2024.04.22

nr katalogowy: 148122
10.15199/48.2024.04.22

Streszczenie

This research presents the use of 3D printing technology with advanced electromagnetic materials to apply to prototyping and improving antenna design processes. A capsule-shaped patch antenna is used as a representative antenna model that can be combined with multiple rectangular slotted techniques to produce antennas suitable for future wireless communications applications. The design and construction of the antenna starts with a rectangular patch antenna using a microstrip feed technique and a PLA base material. In addition, the conductive PLA material was chosen instead of the copper material for the radiating layer. After that, a co-planar waveguide feeding was used to convert the ground plane from the back to the front layer. For the antenna part, modifications are made at both ends of the patch with semi-circles to form the shape of the capsule. Ultimately, the multiple rectangular slotted technique will be used to increase bandwidth requirements as well as improve the area of the radiation section with reduced material consumption. Mathematical simulation results showed that the antenna design was optimized by calculating the final dimensions of the antenna to be able to support 5GHz ISMband for the WLAN/WiMAX standard. It included the WiFi-6E standard with an operating frequency of 6GHz, that is, coverage from 5.1411GHz to 7.9261GHz and had an antenna gain of 3.52dBi. The prototype antenna was fabricated using 3D printing technology with normal PLA and conductive PLA material. For the measurement results of the prototype antenna, the impedance bandwidth at -10dB was 4.5672GHz to 7.9127GHz and the gain was 3.49dBi. The measurement results of the prototype antenna were found to be consistent with the results from the simulation.

Abstract

W pracy przedstawiono zastosowanie technologii druku 3D z wykorzystaniem zaawansowanych materiałów elektromagnetycznych do zastosowania w prototypowaniu i udoskonalaniu procesów projektowania anten. Antena patchowa w kształcie kapsułki jest reprezentatywnym modelem anteny, którą można łączyć z wieloma technikami prostokątnych szczelin w celu wytworzenia anten odpowiednich do przyszłych zastosowań komunikacji bezprzewodowej. Projekt i konstrukcja anteny rozpoczyna się od prostokątnej anteny krosowej wykorzystującej technikę podawania mikropaskowego i materiału bazowego PLA. Ponadto na warstwę promieniującą wybrano przewodzący materiał PLA zamiast materiału miedzianego. Następnie zastosowano współpłaszczyznowe zasilanie falowodu w celu przekształcenia płaszczyzny uziemienia z warstwy tylnej na przednią. W przypadku części antenowej modyfikacje przeprowadza się na obu końcach łaty za pomocą półkoli, aby uzyskać kształt kapsułki. Docelowo zastosowana zostanie technika wielu prostokątnych szczelin, aby zwiększyć wymagania dotyczące szerokości pasma, a także poprawić obszar sekcji promieniowania przy zmniejszonym zużyciu materiału. Wyniki symulacji matematycznych wykazały, że projekt anteny został zoptymalizowany poprzez obliczenie ostatecznych wymiarów anteny, aby mogła obsługiwać pasmo ISM 5 GHz w standardzie WLAN/WiMAX. Obejmował standard WiFi-6E o częstotliwości roboczej 6 GHz, czyli zasięgu od 5,1411 GHz do 7,9261 GHz i miał zysk anteny 3,52 dBi. Prototypowa antena została wykonana przy użyciu technologii druku 3D ze zwykłego PLA i przewodzącego materiału PLA. W przypadku wyników pomiarów prototypowej anteny szerokość pasma impedancji przy -10 dB wynosiła od 4,5672 GHz do 7,9127 GHz, a wzmocnienie wyniosło 3,49 dBi. Stwierdzono, że wyniki pomiarów prototypowej anteny są zgodne z wynikami symulacji.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Saetiaw C., Juntakun A., Taonok C. and Phuchaduek S., "The 4G Monopole Antenna Design for Vehicular Wireless Communication," in The 12th International Conference on Science, Technology and Innovation for Sustainable WellBeing (STISWB XII), Silpakorn University, Thailand, 2020.
[2] Lamultree S., Jansri C., Phongcharoenpanich C., Design of a compact wideband circular monopole antenna for 5G applications, Przegląd Elektrotechniczny, 4(2021), R. 97, 9-21
[3] Lamultree, S., Srisukhot, S., Saetiaw, C., Nuangwongsa, K., & Phongcharoenpanich, C., Design of a compact wideband bidirectional pattern antenna for 5G applications. EUREKA: Physics and Engineering, (4), 40-51.
[4] Zahra H, Hussain M, Naqvi SI, Abbas SM, Mukhopadhyay S. A Simple Monopole Antenna with a Switchable Beam for 5G Millimeter-Wave Communication Systems. Electronics. (2021) 10(22):2870, 1-12.
[5] Saetiaw C. and Phuchaduek S., 3D Printed Capsule-shaped Dipole with Multi-Slot Antenna Based on Metallic Filament Material, Przegląd Elektrotechniczny, 8 (2021), R. 97, 48-51.
[6] Jang T. H. et al., "Wideband Wide Beam-Width Modified Angled Dipole Antenna for 5G Millimeter-Wave IoT Applications," in IEEE Access, 11(2023), 63324-63332.
[7] Taonok C., Saetiaw C., "Design of Unbalance Slot Printed Dipole Antenna with Triangle Parasitic Element for DTV Receiver," 17th International Conference on Electrical Engineering/Electronics, Computer, Telecommunications and Information Technology (ECTI-CON), Phuket, Thailand, June 2020, pp. 238-241.
[8] Saetiaw C., "Design of Flexible Triple-layer Folded Dipole Antenna on Curved Surface for WBAN," in 8th International Conference of Information and Communication Technology for Embedded Systems (IC-ICTES2017), Chonburi, Thailand,
[9] Saetiaw C. and Thongsopa C.. "Multilayer Strip Dipole Antenna Using Stacking Technique and Its Application for Curved Surface”, International Journal of Antennas and Propagation, 2013 (2013), 1-10.
[10] An W, Tian X, Wang J, Wang S. Low-Profile Dual-Polarized Double-Layer Microstrip Antenna for 5G and 5G WiFi. Micromachines. 2023;
[11] Luzon M. A. and Gerasta O. J., "Slotted Circular Polarized Rectangular Microstrip Patch Antenna with Enhanced Bandwidth for Wireless Communication in 2.45GHz," IEEE 10th International Conference on Humanoid, Nanotechnology, Information Technology, Communication and Control, Environment and Management (HNICEM), November 2018, pp. 1-6
[12] Saetiaw C., Lamultree S. and Phuchaduek S., "Design of Trapezoidal Patch with Multi-Slot Antenna for Wireless Communication Applications," Przegląd Elektrotechniczny, 3 (2023), 294-297.
[13] Saetiaw, C. "Design of Textile Capsule-Shaped Patch Antenna for WBAN Applications," 9th International Conference on Information Technology and Electrical Engineering (ICITEE), Phuket, October 2017, pp.1-4.
[14] Shimu N. J. and Ahmed A., "Design and performance analysis of rectangular microstrip patch antenna at 2.45 GHz," 2016 5th International Conference on Informatics, Electronics and Vision (ICIEV), May 2016, pp. 1062-1066.
[15] Saetiaw C. and Phuchaduek S., "The Design and Measurement of Modified Capsules-Shaped Patch Antenna with Textile Material," Engineering Access, 7 (2021), R. 2, 126- 130.
[16] Wahiba B., Miloud B. and Mohammed M. S., "Microstrip Antenna Based on Crystal Polymer Liquid (LCP) Textile for RFID Medical application.," 2nd International Conference on Advanced Electrical Engineering (ICAEE), February 2022, pp. 1-6.
[17] Balanis, C. A., Antenna Theory: Analysis and Design, 4th Ed, Wiley, 2016.
[18] Milligan, T. A., Modern antenna design, 2nd ed., John Wiley & Sons, 2005.
[19] Wen C. P., "Coplanar Waveguide: A Surface Strip Transmission Line Suitable for Nonreciprocal Gyromagnetic Device Applications," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 17, no. 12, pp. 1087-1090.
[20] H. Huang, Y. Liu, S. Zhang and S. Gong, "Multiband Metamaterial-Loaded Monopole Antenna for WLAN/WiMAX Applications," in IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 2015,vol. 14, pp. 662-665,
[21] Azim R., Alam T., Paul L. C., Aktar R., Moinul Hoque Meaze A. K. M. and Islam M. T., "Low Profile Multi-slotted Patch Antenna for Lower 5G Application," 2020 IEEE Region 10 Symposium (TENSYMP), Dhaka, Bangladesh, 2020, pp. 366-369,
[22] Sinha S., B. Rana, Ghosh C.K. and Parui S.K.,."A CPW-fed microstrip antenna for WLAN application", Procedia Technology, (2012)vol. 4, pp. 417-420.
[23] Bagwari A., Tiwari R. and Kushwah V. S., "CPW-Fed MicroStrip Patch Antenna for Wireless Communication," 2020 Global Conference on Wireless and Optical Technologies (GCWOT), Malaga, Spain, (2020) pp. 1-5
[24] CST® Studio Suit, Academic Version, 2023
[25] Brunner H., Stocker M., Schuh M., Schu M., Boano C. A. and Romer K., "Understanding and Mitigating the Impact of Wi-Fi 6E Interference on Ultra-Wideband Communications and Ranging," 2022 21st ACM/IEEE International Conference on Information Processing in Sensor Networks (IPSN), Milano, Italy, 2022, pp. 92-104
[26] Noor, S.K.; Jusoh, M.; Sabapathy, T.; Rambe, A.H.; Vettikalladi, H.; M. Albishi, A.; Himdi, M. A Patch Antenna with Enhanced Gain and Bandwidth for Sub-6 GHz and Sub-7 GHz 5G Wireless Applications. Electronics 2023, 12, 2555.
[27] Kulkarni, J.; Sim, C. Wideband CPW-Fed Oval-Shaped Monopole Antenna for Wi-Fi 5 and Wi-Fi 6 Applications. Prog. Electromagn. Res. C 2021, 107, 173–182.
[28] Kumar, A., A. A. Althuwayb, and M. J. Al-Hasan, “Wideband triple resonance patch antenna for 5G Wi-Fi spectrum,” Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 93, 89– 97, 2020.

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-publikacja (pdf) z zeszytu 2024-4 , nr katalogowy 148122 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY- e-zeszyt (pdf) 2024-4 licencja: Osobista Produkt cyfrowy Nowość	85.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2024-4

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma