Bant Genişliğini Artırmak İçin Yükseltilmiş Işıyan Kenarlara Sahip Mikroşerit Anten Tasarımı ve Uygulaması

Abstract

Bu çalışmada, empedans bant genişliğini artırmak amacıyla ışıyan kenarları yükseltilmiş yeni bir mikroşerit anten önerilmektedir. Yamanın ışıyan kenarları, dik açılı üçgen prizmalar kullanılarak yükseltilmiştir. Prizma yüksekliği 10 mm’ye kadar değiştirilerek parametrik bir çalışma gerçekleştirilmiştir. Simülasyonlar sırasında rezonans frekansı 2,4 GHz ISM bandında korunmuştur. Simülasyon sonuçları, prizma yüksekliğinin artırılmasının bant genişliğini önemli ölçüde artırdığını göstermektedir. Önerilen yaklaşımı doğrulamak amacıyla, 10 mm prizma yüksekliğine sahip fiziksel bir prototip 3B yazıcı ve PCB kazıma teknikleri kullanılarak üretilmiştir. Ölçüm sonuçları, önerilen antenin 135 MHz bant genişliğine ulaştığını göstermektedir. Bu değer, geleneksel bir mikroşerit antenin 50 MHz bant genişliğine kıyasla önemli bir iyileşmeye karşılık gelmektedir. Ayrıca, önerilen anten 6 dBi kazanç elde ederek geleneksel referans antene göre iyileşme sağlamaktadır. Bunun yanı sıra, elektrik alan dağılımı sunulmuş ve analiz edilmiş; önerilen tasarım literatürdeki ilgili çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Ölçülen ve simüle edilen yansıma katsayıları birbiriyle iyi uyum göstermektedir. Sonuç olarak, önerilen anten tasarımı bant genişliğini artırmak için etkili ve uygulanabilir bir çözüm sunmaktadır.

Keywords

• Mikroşerit yama anten
• Bant genişliği artırımı
• Yükseltilmiş ışıma kenarları
• 3B baskı
• 2.4 GHz ISM bandı

Supporting Institution

Bu araştırma, kamu, ticari veya kâr amacı gütmeyen kuruluşlardan herhangi bir özel fon desteği almamıştır.

Project Number

None

Ethical Statement

Bu çalışma insan katılımcılar veya hayvanlar içermemektedir. Bu nedenle etik kurul onayı gerekmemiştir.

Thanks

Bu çalışmadaki tüm tasarım, simülasyon, üretim ve ölçüm süreçleri yazarlar tarafından herhangi bir dış teknik destek olmaksızın gerçekleştirilmiştir.

Design and Implementation of a Microstrip Antenna with Elevated Radiating Edges for Bandwidth Enhancement

Abstract

In this study, a novel microstrip antenna with elevated radiating edges is proposed to enhance impedance bandwidth. The radiating edges of the patch are elevated using right-angled triangular prisms. A parametric study is conducted by varying the prism height up to 10 mm. The resonance frequency is maintained at the 2.4 GHz ISM band during the simulations. The simulation results demonstrate that increasing the prism height significantly broadens the bandwidth. To validate the concept, a physical prototype with a 10 mm prism height is fabricated using 3D printing and PCB milling techniques. The measured results show that the proposed antenna achieves a bandwidth of 135 MHz. This is a significant improvement compared to the 50 MHz bandwidth of a conventional patch antenna. Furthermore, the proposed antenna achieves a gain of 6 dBi, offering an improvement over the conventional baseline. Additionally, the electric field distribution is presented and analyzed, and the proposed design is compared with relevant studies in literature. The measured and simulated reflection coefficients are in good agreement. The proposed antenna design offers an effective and practical solution for bandwidth enhancement.

Keywords

• Microstrip patch antenna
• Bandwidth enhancement
• Elevated radiating edges
• 3D printing
• 2.4 GHz ISM band

Supporting Institution

This research did not receive any specific grant from funding agencies in the public, commercial, or not-for-profit sectors.

Project Number

None

Ethical Statement

This study does not involve human participants or animals. Therefore, ethical approval was not required.

Thanks

The authors declare that all design, simulation, fabrication, and measurements were carried out by the authors without external technical support.

References

1. Balanis, C. A. (2016). Antenna Theory: Analysis and Design (4th ed.). Hoboken, NJ, USA: Wiley.
2. D. M. Pozar, Microwave Engineering, 4th ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2011.
3. Abdelaziz, A. A. (2006). Bandwidth enhancement of microstrip antenna. Progress In Electromagnetics Research, 63, 311–317.
4. Liu, N. W., Zhu, L., Liu, Z. X., & Liu, Y. (2019). Dual-band single-layer microstrip patch antenna with enhanced bandwidth and beamwidth based on reshaped multiresonant modes. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 67(11), 7127–7132. https://doi.org/10.1109/TAP.2019.2927646
5. Chavali, V. A., & Deshmukh, A. A. (2022). Wideband designs of proximity fed isosceles triangular microstrip antennas gap-coupled with parasitic pairs of sectoral patches. International Journal of RF and Microwave Computer-Aided Engineering, 32(6), e23132. https://doi.org/10.1002/mmce.23132
6. Fonseca, C. M. S., Adetonah, C. M. M., Costa, L. G. S., Díaz, B. R., Schroeder, M. A. O., Ramos, G. L., & Ribeiro, M. V. (2025). Improving patch antenna performance through resonators: Insights into and benefits of dielectric and conductive materials and geometric shapes. Electronics, 14(8), 1521. https://doi.org/10.3390/electronics14081521
7. Noor, S. K., Jusoh, M., Sabapathy, T., Rambe, A. H., Vettikalladi, H., Albishi, A. M., & Himdi, M. (2023). A patch antenna with enhanced gain and bandwidth for sub-6 GHz and sub-7 GHz 5G wireless applications. Electronics, 12(12), 2555. https://doi.org/10.3390/electronics12122555
8. Srivastava, H., Singh, A., Rajeev, A., & Tiwari, U. (2020). Bandwidth and gain enhancement of rectangular microstrip patch antenna using slotted array technique. Wireless Personal Communications, 114(1), 699–709. https://doi.org/10.1007/s11277-020-07388-x

9. Olokede, S. S., Deif, S., & Daneshmand, M. (2021). Printed concave-like slot for bandwidth enhancement of inset-fed patch antenna on metallic surfaces. Microwave and Optical Technology Letters, 63(6), 1745–1752. https://doi.org/10.1002/mop.32815
10. Verma, R. K. (2022). Bandwidth enhancement of an inverted F-shape notch loaded rectangular microstrip patch antenna for wireless applications in L and S-band. Wireless Personal Communications, 125(1). https://doi.org/10.1007/s11277-022-09581-6
11. Tütüncü, B., İmeci, S. T., & Kalisi, K. (2024). High gain microstrip antenna with optimized radiation patch featuring multiple slits and a triangular slot. Wireless Personal Communications, 138(1), 459–473. https://doi.org/10.1007/s11277-024-11514-4
12. Harshasri, K., Babu, P. V., & Rao, P. N. (2018). Design of compact C-band concave patch antenna for radar altimeter applications. In 2018 International Conference on Communication and Signal Processing (ICCSP) (pp. 542–546). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICCSP.2018.8524261
13. Rani P, Dhaliwal BS, Kumar A. Analysis of 3-D printed meta-structure substrates for microstrip patch antenna design. Discover Sensors. 2025;1:30. https://doi.org/10.1007/s44397-025-00031-z
14. Boyuan, M., Pan, J., Wang, E., & Luo, Y. (2018). Conformal bent dielectric resonator antennas with curving ground plane. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 67(3), 1931–1936. https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2889146
15. Muntoni, G., Montisci, G., Casula, G. A., Chietera, F. P., Michel, A., Colella, R., & Mazzarella, G. (2020). A curved 3-D printed microstrip patch antenna layout for bandwidth enhancement and size reduction. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 19(7), 1118–1122. https://doi.org/10.1109/LAWP.2020.2990944
16. Fougeroux, T., Douyère, A., Murad, N. M., Sibille, J., Oree, S., & Dubard, J.-L. (2024). Performance enhancement of low-cost microstrip patch antennas through 3D-printed conductive geometric forms. International Journal of Electronics and Communications, 177, 155211. https://doi.org/10.1016/j.aeue.2024.155211
17. Muntoni, G., Casula, G. A., Mattana, E., & Montisci, G. (2025). A wideband curved patch antenna with coplanar microstrip feeding. Microwave and Optical Technology Letters, 67(10), e70422. https://doi.org/10.1002/mop.70422
18. Vincenti Gatti, R., Rossi, R., & Dionigi, M. (2021). Single-layer line-fed broadband microstrip patch antenna on thin substrates. Electronics, 10(1), 37. https://doi.org/10.3390/electronics10010037
19. Dhaundia, G., & Vinoy, K. J. (2022). A high-gain wideband microstrip patch antenna with folded ground walls. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, 22(2), 377–381. https://doi.org/10.1109/LAWP.2022.3213039
20. Tewary, T., Maity, S., Mukherjee, S., Roy, A., Sarkar, P. P., & Bhunia, S. (2022). High gain miniaturized super-wideband microstrip patch antenna. International Journal of Communication Systems, 35(11), e5181. https://doi.org/10.1002/dac.5181
21. Öner, G. G. B., Başbuğ, S., & Altuncu, Y. (2025). Design of a compact multilayer high-gain microstrip patch antenna for IoT applications. Journal of Electromagnetic Engineering and Science, 25(6), 570–583. https://doi.org/10.26866/jees.2025.6.r.323
22. Nel, B. A., Skrivervik, A. K., & Gustafsson, M. (2023). Q-factor bounds for microstrip patch antennas. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 71(4), 3430–3440. https://doi.org/10.1109/TAP.2023.3243726