Dual-Band Microstrip Patch Antenna Design for High-Speed Communication Systems

Öz

In this study, a dual-band microstrip patch antenna was designed for high-speed communication systems. To meet the increasing demand for data transmission, a compact, low-profile, and PCB-based structure was targeted. By optimizing the size and position of the slots on the patch, dual-band operation was achieved at 4.73 GHz and 5.23 GHz frequencies. CST Studio Suite analyses showed that the antenna achieved a return loss below -10 dB, a VSWR value under 2, and a gain of 2.86 dBi. Radiation analysis revealed that the modification enhanced antenna directivity and reduced side lobe levels. The results indicate that the proposed antenna offers better impedance matching and stable dual-band performance compared to the conventional patch antenna. With its compact structure and low cost, it is a suitable candidate for WLAN and sub-5G band applications.

Anahtar Kelimeler

• Microstrip Patch Antenna
• Dual-Band Antenna
• WLAN
• WiMAX

Destekleyen Kurum

This study was not supported by any institution or organization.

Etik Beyan

I declare that my article titled “Dual-Band Microstrip Patch Antenna Design for High-Speed Communication Systems”, which I prepared in accordance with the writing guidelines of the Dergipark Journal of Engineering Sciences and Research, is an original study. I confirm that I have acted in accordance with scientific and ethical principles at all stages of the preparation of the article, that all data presented in the study were obtained in compliance with ethical research standards, and that all sources used were properly cited.

Teşekkür

I would like to express my sincere gratitude to my esteemed advisors, Prof. Dr. Muhammet Nuri Seyman and Asst. Prof. Dr. Barış Gürcan Hakanoğlu, for their invaluable guidance, academic knowledge, and experience throughout every stage of this study. I would also like to extend my heartfelt thanks to my beloved husband, Ali Şölen, for his patience and continuous support during this process.

Yüksek Hızlı Haberleşme Sistemleri İçin Çift Bant Mikroşerit Yama Anten Tasarımı

Öz

Bu çalışmada, yüksek hızlı haberleşme sistemleri için çift bantlı mikroşerit yama anten tasarımı yapılmıştır. Artan veri iletim ihtiyacına yönelik olarak kompakt, düşük profilli ve PCB tabanlı bir yapı hedeflenmiştir. Yama üzerinde açılan yarıkların boyut ve konumları optimize edilerek 4,73 GHz ve 5,23 GHz frekanslarında çift bantlı çalışma sağlanmıştır. CST Studio Suite analizleri sonucunda antenin -10 dB altında geri dönüş kaybı, 2’nin altında VSWR ve 2,86 dBi kazanç değerlerine ulaşıldığı görülmüştür. Radyasyon analizi, modifikasyonun antenin yönlülüğünü artırdığını ve yan lob seviyelerini azalttığını göstermiştir. Elde edilen sonuçlara göre, tasarlanan anten klasik yama antene kıyasla daha iyi empedans uyumu ve kararlı çift bant performansı sunmaktadır. Kompakt yapısı ve düşük maliyeti sayesinde WLAN ve 5G alt bant uygulamaları için uygun bir adaydır.

Anahtar Kelimeler

• Mikroşerit Yama Anten
• Çift Bant Anten
• WLAN
• WiMAX

Destekleyen Kurum

Bu çalışma herhangi bir kurum veya kuruluş tarafından desteklenmemiştir.

Etik Beyan

Dergipark Mühendislik Bilimleri ve Araştırmaları Dergisi ilgili yazım kurallarına göre hazırlamış olduğum “Yüksek Hızlı Haberleşme Sistemleri İçin Çift Bant Mikroşerit Yama Anten Tasarımı” başlıklı makalenin özgün bir çalışma olduğunu, makale hazırlanırken tüm aşamalarda bilimsel etik ilkelere uygun davrandığımı, çalışma kapsamında sunulan tüm verilerin bilimsel etik kurallara uygun biçimde elde edildiğini ve yararlanılan tüm kaynaklara doğru şekilde atıf yapıldığını beyan ederim.

Teşekkür

Bu çalışmanın her aşamasında akademik bilgi ve tecrübeleriyle bana yol gösteren değerli danışmanlarım Prof. Dr. Muhammet Nuri Seyman ve Dr. Öğr. Üyesi Barış Gürcan Hakanoğlu’na en içten teşekkürlerimi sunarım. Ayrıca bu süreç boyunca göstermiş olduğu destek ve sabır için sevgili eşim Ali Şölen’e teşekkür ederim

Kaynakça

1. A. S. M. Alqadami, M. F. Jamlos, I. Islam, P. J. Soh, R. Mamat, K. A. Khairi, and A. Narbudowicz, “Multi-band antenna array based on double negative metamaterial for multi automotive applications,” Prog. Electromagn. Res., vol. 159, pp. 27–37, 2017.
2. J. I. Trujillo-Flores, R. Torrealba-Meléndez, J. M. Muñoz-Pacheco, M. A. Vásquez-Agustín, E. I. Tamariz-Flores, E. Colín-Beltrán, and M. López-López, “CPW-fed transparent antenna for vehicle communications,” Appl. Sci., vol. 10, p. 6001, 2020.
3. L. Januszkiewicz, P. D. Barba, L. Jopek, and S. Hausman, “Many-objective automated optimization of a four-band antenna for multiband wireless sensor networks,” Sensors, vol. 18, p. 3309, 2018.
4. K. R. Jha, B. Bukhari, C. Singh, G. Mishra, and S. K. Sharma, “Compact planar multistandard MIMO antenna for IoT applications,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 66, pp. 3327–3336, 2018.
5. A. K. Gangwar and M. S. Alam, “A miniaturized quad-band antenna with slotted patch for WiMAX/WLAN/GSM applications,” Int. J. Electron. Commun., vol. 112, p. 152911, 2019.
6. M. Yang, Y. Sun, and F. Li, “A compact wide-band printed antenna for 4G/5G/WLAN wireless applications,” Int. J. Antennas Propag., vol. 2019, p. 3209840, 2019.
7. T. Liu, Y. Sun, J. Li, J. Yu, and K. Wang, “CPW-fed compact multiband monopole antenna for WLAN/WiMAX/X-band application,” Prog. Electromagn. Res. Lett., vol. 87, pp. 105–113, 2019.
8. A. W. M. Saadh and R. R. Poonkuzhali, “A compact CPW fed multiband antenna for WLAN/INSAT/WPAN applications,” Int. J. Electron. Commun., vol. 109, pp. 128–135, 2019.

9. E. G. Doust, M. Clenet, V. Hemmati, and J. Wight, “An aperture-coupled circularly polarized stacked microstrip antenna for GPS frequency bands L1, L2, and L5,” in Proc. IEEE Antennas Propag. Soc. Int. Symp., 2008, pp. 1–4.
10. H. Liu, R. Li, Y. Pan, X. Quan, L. Yang, and L. Zheng, “A multi broadband planar antenna for GSM/UMTS/LTE and WLAN/WiMAX handsets,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 62, no. 5, pp. 2856–2860, 2014.
11. M. R. Ahsan, M. T. Islam, M. H. Ullah, H. Arshad, and M. F. Mansor, “Low-cost dielectric substrate for designing low profile multiband monopole microstrip antenna,” The Scientific World Journal, vol. 2014, 2014.
12. C. A. Balanis, Antenna Theory: Analysis and Design, 4th ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2016.
13. K. L. Wong, Compact and Broadband Microstrip Antennas. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2002.
14. D. M. Pozar, “Microstrip antennas,” Proc. IEEE, vol. 80, no. 1, pp. 79–91, 1992.
15. H. F. AbuTarboush, R. Nilavalan, and D. Budimir, “Compact printed multiband antenna for wireless applications,” IEEE Antennas Wireless Propag. Lett., vol. 9, pp. 963–966, 2010.
16. S. Maci and G. B. Gentili, “Dual-frequency patch antennas,” IEEE Antennas Propag. Mag., vol. 39, no. 6, pp. 13–20, 1997.
17. K. M. Luk and K. F. Lee, Microstrip Patch Antennas. London, U.K.: Imperial College Press, 2011.
18. C. Bonenberger and K.W. Kark “A broadband impedance-matching method for microstrip patch antennas based on Bode-nano theory,” Frequenz, vol. 72, no. 8, pp. 7-8, 2018.
19. Uqaili, R. S., Uqaili, J. A., Zahra, S., Soomro, F. B., & Akbar, A. (2020). A study on dual-band microstrip rectangular patch antenna for Wi-Fi. Proceedings of Engineering and Technology Innovation, 16, 1.
20. Şahin, D. A., and Kaya, A. “2.4 GHz and 5 GHz dual band Wi-Fi antenna design for IoT based smart media application,” Avrupa Bilim Ve Teknoloji Dergisi, Vol.39, pp.17-20, 2022.
21. Mushtaq, M. T., Shah, S. M. A., Munir, S., Hussain, M., Iqbal, J., & Khan, U. H. Dual Band Microstrip Semicircular Slot Patch Antenna for WLAN and WIMAX Applications. Radioengineering, vol. 31, no.3, pp. 406-412, 2022.
22. Küçükcan, S., and Kaya, A. “Dual-band microstrip patch antenna design for Wi-Fi applications,” Avrupa Bilim ve Teknoloji Dergisi, vol. 34, 661-664, 2022.
23. Ramineni, P. “Design and analysis of a Dual-Band Microstrip patch antenna for sub-6 GHz applications”. J. Eng. Res. Rep, vol. 26, no. 7, pp.210-221, 2024.