Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2024 - zeszyt 5

Analysis and Design of Superstrate for Gain Enhancement of Meta-Surface Antenna

Analiza i projektowanie superstratu w celu poprawy wzmocnienia Antena metapowierzchniowa

10.15199/48.2024.05.33

nr katalogowy: 148618
10.15199/48.2024.05.33

Streszczenie

This article is focusing on a technical design of superstrate layer using 3x3 unit cells to enhance the antenna gain, operating at the center frequency of 2.50 GHz. In fabrication of the proposed antenna, a microstrip antenna is fed by a 50Ω-SMA 3.50 mm connector, and the superstrate is designed using 9 octagon ring-shaped unit cells, which are integrated to form a meta-surface antenna (MS antenna). A prototype antenna is manufactured on an FR4 substrate material with a relative permittivity (ԑr) of 4.3 and a height of 1.6 mm. The prototype antenna is great matched to achieve |S11| of -31.55 dB, exhibits a gain enhancement of >2.0 dBi and achieves a maximum gain of >6.0 dBi. Additionally, the proposed design has been fabricated to validate |S11|, gain, and radiation patterns as comparing with the simulated results that will be presented. Evidently, the simulated results reasonably align with the experimental findings

Abstract

W artykule skupiono się na projekcie technicznym warstwy superstratnej wykorzystującej ogniwa elementarne 3x3 w celu zwiększenia zysku anteny, pracującej na częstotliwości środkowej 2,50 GHz. Podczas produkcji proponowanej anteny antena mikropaskowa jest zasilana przez złącze 50 Ω-SMA 3,50 mm, a superstrata została zaprojektowana przy użyciu 9 ośmiokątnych ogniw elementarnych w kształcie pierścienia, które są zintegrowane, tworząc antenę metapowierzchniową (antena MS). Prototypowa antena jest produkowana na podłożu FR4 o przenikalności względnej (ԑr) wynoszącej 4,3 i wysokości 1,6 mm. Prototypowa antena jest doskonale dopasowana do osiągnięcia |S11| -31,55 dB, wykazuje wzmocnienie wzmocnienia >2,0 dBi i osiąga maksymalne wzmocnienie >6,0 dBi. Ponadto proponowany projekt został opracowany w celu sprawdzenia |S11|, wzmocnienia i wzorców promieniowania w porównaniu z symulowanymi wynikami, które zostaną zaprezentowane. Najwyraźniej symulowane wyniki są w rozsądny sposób zgodne z wynikami eksperymentów

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Balanis C. A., Antenna Theory: Analysis and Design, Wiley, Hoboken, NJ, 3rd., 2005.
[2] Bhartia P., Bahl I., Garg R. and Ittipiboon A., Microstrip Antenna Design Hand book, Artech House, Inc., 2001.
[3] Rodney B. W., Microstrip Patch Antennas: A Designer’s Guide, Springer New York, NY, USA, 2003.
[4] Arun K., Raghav Kh., Samarth S., Ambuj K.and Arsh M., “A review on gain enhancement techniques of microstrip antenna,” International Conference on Intelligent Engineering and Management (ICIEM), pp. 476-479, 2021.
[5] Wenquan C., Bangning Zh., Aijun L., Tongbin Y., Daosheng G., and Yi W., “Broadband High Gain Periodic Endfire Antenna by Using I-Shaped Resonator (ISR) Structures,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 11, pp. 1470-1473, 2012.
[6] Hao W., Shu -F. L., Lei Ch., Wen -T. L. and Xiao -W. Sh. “Gain Enhancement for broadband Vertical Planar Printed Antenna With H-Shaped Resonator Structures,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 62, issue 8, pp. 4411-4415, 2014.
[7] Amit K. S., Mahesh P. Ab. and Shiban K. K., “High-gain and High-Aperture-Efficiency cavity resonator antenna using metamaterial superstrate,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 16, pp. 2388-2391, 2017.
[8] Khoutar F.Z., Aznabet M., Mrabet O. EL., “Gain and Directivity Enhancement of a Rectangular Microstrip Patch Antenna using a Single Layer Metamaterial Superstrate,” International Conference on Multimedia Computing and System (ICMCS), 2018
[9] Muftah A., Islam A. and Abdel -R. S., “High Gain and Wideband High Dense Dielectric Patch Antenna Using FSS Superstrate for Millimeter-Wave Applications,” IEEE Access, vol.6, pp. 38243-38250, 2018.
[10] Kim J. H., Ahn C. and Bang J., “Antenna Gain Enhancement Using a Holey Superstrate,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 64, no. 3, pp. 1164-1167, 2016.
[11] Asaadi M. and Sebak A. “Gain and Bandwidth Enhancement of 2x2 Square Dense Dielectric Patch Antenna Array Using a Holey Superstrate,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 16, pp. 1808-1811, 2017.
[12] Jinhai L., Zhaoyang T., Ziyang W., Hui L. and Yingzeng Y., “Gain Enhancement of a Broadband Symmetrical Dual-Loop Antenna Using Shorting Pins,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 17, issue 8, pp. 1369-1372, 2018.
[13] Arun K., Santanu Dw. And Ganga P. P., “A dual-band high-gain microstrip antenna with a defective frequency selective surface for wireless applications,” Journal of Electromagnetic Waves and Applications, Taylor & Francis, pp. 1-14, 2021
[14] Pooja P., Mahesh P. Ab., Ananjan B. and Shiban K. K., “Gain enhancement of a CPW-fed monopole antenna using polarization insensitive AMC structure,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 12, pp. 1315-1318, 2013.
[15] Siew B. Y. and Zhi N. Ch. “Microstrip Patch Antennas with Enhanced Gain by Partial Substrate Removal,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 58, no, 9, pp. 2811-2816, 2010.
[16] Kingsta R. M. and Seyatha K., “Design and Performance Comparison of Metamaterial Superstrate Antenna for DSRC Applications,” International Conference on Trends in Electronics and Informatics (ICOEI), 2019.
[17] Aqeel H. N. and Sungjoon L., “A Beam-Steering Antenna with a Fluidically Programmable Metasurface,” IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 67, no. 6, pp. 3704-3711, 2019.
[18] Diptiranjan S. and Somak Bh., “A Gain-Enhanced Slotted Patch Antenna Using Metasurface as Superstrate Configuration,” IEEE Transactions on antennas and propagation, vol. 68, no. 9, pp. 6548-6556, 2020.
[19] Chandrashekar K. S., Halappa G., Koushik D., Poomima S. and Chandramma S., “A Wideband Design of Microstrip Patch Antenna Loaded with Metal Ring Superstrate,” IEEE Indian Conference on Antennas and Propagation (InCAP), 2020.
[20] Avanish Y. Ashwani K. and Prashant Ch., “High Gain Wideband Antenna using Metasurface Horn and Metasurface Superstrate,” URSI Regional Conference on Radio, 2020.
[21] Luiza L., Mateusz R., Krzysztof N. and Lukasz, “High-Gain Compact Circularly Polarized X-Band Superstrate Antenna for CubeSat Applications,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 20, no. 11, 2090-2094, 2021.
[22] Tamara Z. F., Noor A. M., Mohamad K. A. R., Hamid M. R. and Levy O. N., “A Beam-Spilt Metasurface Antenna for 5G Applications,” IEEE Access, vol. 10, pp. 1162-1174, 2022.
[23] Anirban Ch., Koushik, Satyajit Ch. And Raj M., “Advance Design of High-Gain Fabry-Perot Cavity Antenna Offering Wide Common Impedance and Gain Bandwidth,” IEEE antennas and wireless propagation letters, vol. 22, no. 5, pp. 1214-1218, 2023.
[24] CST® Microwave Studio, Research Base, 2020.

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

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 61511 "Otrzymywanie i modyfikacj..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


PRZEMYSŁ CHEMICZNY - e-zeszyt (pdf) 2011-8 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł

Prenumerata

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEMYSŁ CHEMICZNY - 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

PRZEMYSŁ CHEMICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

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

1002.00 zł

Zeszyt

2024-5

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma