Search

У роботі нова мікросмужкова монопольна компактна антена розроблена з використанням двох фрактальних структур: Джузеппе Пеано і килима Серпінського для надширокосмугових (UWB) додатків та супутникового зв'язку. Вона складається з квадратного патчу з двома сходинками та прямокутної щілини на площині заземлення. Антена моделюється за допомогою мікросмужкової лінії живлення та діелектричної підкладки FR-4 з ԑr = 4,3 та tanδ = 0.025. Перша ітерація фракталу Джузеппе Пеано та дворівневі ітерації фракталів килима Серпінського були застосовані до патчу. Змодельовані результати, проведені CST Microwave Studio Simulator, показують розумне узгодження з результатами вимірювань. Діапазон частот, отриманий для S11 < – 10 дБ, становить 3,1-12,2 ГГц або 118,95 % із розширенням смуги пропускання приблизно на 63,51 % порівняно з основною антеною. Сконструйована антена демонструє діаграми спрямованості в усіх напрямах та гарне підсилення по всьому діапазону з піком 5,2 дБ на частоті 12 ГГц, задовільну ефективність випромінювання, компактні розміри та простоту виготовлення, що дозволяє її широко застосовувати UWB та супутникового зв'язку. In this paper, a new microstrip monopole compact antenna is designed by using two fractal structures: Giuseppe Peano and Sierpinski carpet for ultra-wideband (UWB) applications and satellite communications. It consists of a square patch with two steps, and a rectangular slot on the partial ground plane. The antenna is simulated using a microstrip feed line and an FR-4 dielectric substrate with ԑr = 4.3 and tanδ = 0.025. The first iteration of the Giuseppe Peano and two-level iterations of Sierpinski carpet fractals have been applied on the patch. The simulated results conducted by the CST Microwave Studio Simulator show reasonable agreement with the measured results. The frequency range obtained for S11 < – 10 dB is 3.1-12.2 GHz, relatively 118.95 % with a bandwidth enhancement of approximately 63.51 % compared to the basic antenna. The stated antenna is also compared with the related literature reviews to differentiate its performance. The designed antenna exhibits omnidirectional radiation patterns and a good gain over the entire band with a peak of 5.2 dB at 12 GHz. The proposed antenna shows satisfactory radiation efficiency, compact size, and easiness to manufacture which makes it a strong candidate for practical UWB applications and satellite communications.

У статті повідомляється про нову компактну фрактальну друковану монопольну антену, яка нагадує трикутну серветку Серпінського, для надширокосмугових (UWB) застосувань. Запропонована антена розроблена за допомогою нової математичної моделі та нової ітераційної процедури для створення фрактальної геометричної форми модифікованої серветки Серпінського (MSG). Рекурсивна процедура формування MSG як випромінювального елемента заснована на рівнобічній трикутній сітці вузлів, яка побудована з використанням рекурсивної послідовності. Для узгодження імпедансу 50 Ом випромінюючий монополь MSG живиться від компланарного хвилеводу (CPW) із трапецієподібною заземлюючою площиною. Моделювання та оптимізація різних параметрів запропонованої фрактальної антени виконано за допомогою CST Microwave Studio. Результати моделювання показують, що запропонована антена має помірне посилення у всьому діапазоні з піком 4,77 дБі на частоті 9,8 ГГц. Зазначену антену також порівнюють з аналогами у відповідній літературі, щоб диференціювати її продуктивність. Загальний розмір представленої антени, яка розроблена на підкладці Rogers RO4003C (tanδ = 0.0027 та Er = 3.38), становить 19×20×1,52 мм3. Крім того, реалізовано і протестований компактний прототип антени. Результати вимірювань коефіцієнта відбиття показують гарну узгодженість з результатами моделювання. Сконструйована антена демонструє діаграми спрямованості в усіх напрямах та охоплює діапазон частот 2,22-10,7 ГГц, що робить її придатною для бездротових та UWB додатків. In this paper, a compact new fractal printed monopole antenna, inspired of Sierpinski gasket, for ultrawideband (UWB) applications is reported. The proposed antenna is designed by developing a novel mathematical model and a new iterative procedure to generate a fractal geometric shape of the modified Sierpinski gasket (MSG). The recursive procedure to form an MSG as a radiating element is based on an equilateral triangular grid of nodes which is constructed by using a recursive sequence. The MSG radiating monopole is fed by coplanar waveguide (CPW) to achieve a 50 Ω impedance matching with a trapezoidal ground plane. Simulation and optimization of various parameters of the proposed fractal antenna are performed using CST Microwave Studio. The simulated results indicate that the proposed antenna possesses a moderate gain over the entire band with a peak of 4.77 dBi at 9.8 GHz. The stated antenna is also compared with the related literature reviews to differentiate its performance. The total size of the presented antenna is 19×20×1.52 mm3, which is designed on Rogers RO4003C substrate (tanδ = 0.0027 and Er = 3.38). Moreover, a compact prototype is implemented and tested. The measured results of the reflection coefficient characteristics show good agreement with the simulated results. The designed antenna exhibits omnidirectional radiation patterns and covers the frequency range 2.22-10.7 GHz, making it suitable for wireless and UWB applications.