A comparative analysis of the impact of circular, square and hexagonal frequency selective surfaces on the performance of a 10GHz microstrip patch antenna

• Autorzy: Tagwai Nuhu Stephen , Nik Abd Malik Nik Noordini , Hamid Mohammad Rijal

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.10.18

Warianty tytułu

PL

Analiza porównawcza wpływu powierzchni selektywnych częstotliwościowo o kształcie koła, kwadratu i sześciokąta na wydajność anteny mikropaskowej 10 GHz

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The search for better techniques for microstrip patch antenna improvement is a continuous process as long as these antennas continue to find application in devices. By way of simulation, periodic frequency selective surfaces (FSSs) of circular, hexagonal and square were each designed at 10GHz and individually combined with a 10GHz microstrip antenna and the corresponding behaviours were observed. The FSSs designed improved the directivity, gain and efficiency of the antenna. The combination was done in two configurations; the antenna placed in front of the FSSs and the antenna placed behind the FSSs. For the antenna in front of the FSSs’ configuration, while the bandwidth decreased for all, the circular and hexagonal FSSs gave better frequency stability. For the antenna positioned behind the FSSs, at near but below the half wavelength (15mm) distances, the results were better than the previous arrangement. When the FSSs were positioned in front of the antenna, they gave good results between 14.5mm and 13.0mm air gap distance. In this configuration, all of the FSSs were able to improve the performance of the antenna, but the circular FSS, when used between 14.0mm and 14.4mm, gave the best overall result because all of its parameters saw some improvement, especially at 14.0mm. For new researchers in the area of frequency-selective surface microstrip antenna, this work can serve as a guide. Also, a choice of the type of FSS (circular, square, or hexagonal) that best suits one’s 10GHz design needs is possible from the comparison data provided.

PL

Poszukiwanie lepszych technik ulepszania anten mikropaskowych jest procesem ciągłym, dopóki anteny te znajdują zastosowanie w urządzeniach. W drodze symulacji zaprojektowano okresowe powierzchnie selektywne częstotliwościowo (FSS) o kształcie okrągłym, sześciokątnym i kwadratowym na częstotliwość 10 GHz i indywidualnie połączono z anteną mikropaskową 10 GHz i zaobserwowano odpowiednie zachowania. Zaprojektowane systemy FSS poprawiły kierunkowość, zysk i wydajność anteny. Połączenie zostało wykonane w dwóch konfiguracjach; antena umieszczona przed FSS i antena umieszczona za FSS. W przypadku anteny przed konfiguracją FSS, podczas gdy szerokość pasma zmniejszyła się dla wszystkich, okrągłe i sześciokątne FSS dały lepszą stabilność częstotliwości. W przypadku anteny umieszczonej za FSS, w odległości bliskiej, ale mniejszej od połowy długości fali (15 mm), wyniki były lepsze niż w poprzednim ustawieniu. Kiedy FSS zostały umieszczone przed anteną, dały dobre wyniki w odległości między 14,5 mm a 13,0 mm szczeliny powietrznej. W tej konfiguracji wszystkie FSS były w stanie poprawić wydajność anteny, ale okrągły FSS, używany w zakresie od 14,0 mm do 14,4 mm, miał najlepszy ogólny wynik, ponieważ wszystkie jego parametry uległy pewnej poprawie, zwłaszcza przy 14,0 mm . Dla nowych naukowców zajmujących się selektywną częstotliwościowo powierzchniową anteną mikropaskową praca ta może służyć jako przewodnik. Na podstawie dostarczonych danych porównawczych możliwy jest również wybór typu FSS (okrągły, kwadratowy lub sześciokątny), który najlepiej odpowiada potrzebom projektowym 10 GHz.

Słowa kluczowe

EN

microstrip antenna; frequency selective surface; hexagonal FSS; square FSS; circular FSS; bandwidth

PL

antena mikropaskowa; powierzchnie selektywne częstotliwościowo; sześciokątny FSS; kwadratowy FSS; okrągły FSS

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 10
• Strony: 101--106
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Tagwai Nuhu Stephen

• Technical Education Department, Kaduna State College of Education, Gidan-Waya, Nigeria

• https://orcid.org/0009-0000-1880-8591

autor

Nik Abd Malik Nik Noordini

• Faculty of Electrical Engineering, Universiti Teknologi Malaysia (UTM), Johor Bahru, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0002-6412-6492

autor

Hamid Mohammad Rijal

• Faculty of Electrical Engineering, Universiti Teknologi Malaysia (UTM), Johor Bahru, Malaysia

• https://orcid.org/0000-0001-8670-3396

Bibliografia

• 1. M.S.M. a. L.M. Al-Taan, “Effect of Three Different Dielectric Substrates on the Performance of Rectangular Microstrip Antenna Designed for 2.4 GHz using CST,” Rafidain Journal of Science, vol. 31, no. 3, pp. 42-57, 2022.
• 2. N.Q. Hamzah M. Marhoon, “Design and Simulation of a Compact Metal-Graphene Frequency Reconfigurable Microstrip Patch Antenna with FSS Superstrate for 5G Applications,” International Journal on Engineering Applications (IREA), vol. 10, no. 3, pp. 193-201, 2022
• 3. N.H.A.R.N.R. Anis Fariza Md. Pazil, “COMPARATIVE ANALYSIS ON DIFFERENT FEEDING TECHNIQUES OF TEXTILE ANTENNA FOR GPS-L1 APPLICATION,” Journal of Engineering and Technological Advances (JETA), vol. 6, no. 1, pp. 27-38, 2021.
• 4. R. Mishra and A. Rai, “Effect of FSS structure on planar patch antenna,” 2015 International Conference on Energy Economics and Environment (ICEEE), 03 September 2015. [Online]. Available: https://ieeexplore.ieee.org/document/7235095. [Accessed 2023 March 2023]
• 5. N.J.S.D.G.B.K.K. Kanishka Katoch, “Design of Frequency Selective Surface (FSS) Printed Antennas,” in Printed Antennas, Boca Raton, CRC Press, 2020
• 6. L.M. a. H.N. Rana Sadaf Anwar, “Frequency Selective Surfaces: A Review,” Applied Sciences, p. 46, 18 September 2018.
• 7. P.A. a. C. Phongcharoenpanich, “Improved Microstrip Antenna with HIS Elements and FSS Superstrate for 2.4 GHz Band Applications,” International Journal of Antennas and Propagation, p. https://downloads.hindawi.com/journals/ijap/2018/9145373.pdf, 2018.
• 8. A.N. a. M.I. Rabia Yahya, “Ultra-Wideband FSS-Based Antennas,” UWB Technology and its Applications, vol. 2018, p. DOI: 10.5772/intechopen.79888, 2018
• 9. I.M.I. ,. Z.Z. Ahmed Jamal Abdullah Al-Gburi, “Enhancing Gain for UWB Antennas Using FSS: A Systematic Review,” Mathematics, vol. 3301, no. https://doi.org/10.3390/math9243301, 2021
• 10. Kubacki, R, Rudyk, K.,"The antenna array based on microstrip antennas for 5G system", PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY, Volume 98, Issue 12, Page, 275-278, 2022
• 11. Al-Saedi, AJH., Perez, JC., " A Review :Microstrip Fractal antenna geometries,PRZEGLAD ELEKTROTECHNICZNY, Volume 98, Issue 8, Page 1-7, 2022

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).