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8/10/2019 Wideband Planar Log Periodic Antenna
1/4
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8/10/2019 Wideband Planar Log Periodic Antenna
2/4
a
w i d e b a n d
m i c r o s t r i p p a t c h
a n t e n n a
d e s i g n .
W i d e b a n d
o p e r a t i o n
o f t h e
a n t e n n a
w i l l
a l l o w
v a r i o u s s e n s o r s
o p e r a t i n g
a t
s p e c i f i c c l o s e l y s p a c e d f r e q u e n c y
b a n d s
t o
u t i l i z e t h e
same
r a d i a t i n g
s t r u c t u r e . T h e f a c t t h a t t h e
t h i c k n e s s
o f t h i s a n t e n n a
i s 3 mm m a k e s i t
a b s o l u t e l y
s u i t a b l e f o r m i n i a t u r i z e d
s e n s o r s
[ 5 ] .
T h e
u s e
o f
t h e l i n e a r
p o l a r i z a t i o n
c h a r a c t e r i s t i c
o f
t h e
p r o p o s e d
a n t e n n a w i l l
b e s t u d i e d i n
t h e
c o n t e x t o f
p r a c t i c a l
WLAN
c o m m u n i c a t i o n s .
E f f o r t i s a l s o
t o
w i d e n t h e a x i a l r a t i o b a n d w i d t h a n d
m a k e
i t
c o m p a r a b l e
t o t h e
i m p e d a n c e
b a n d w i d t h . T h e m i n i m u m d i f f e r e n c e b e
t w e e n
B - c o a nd
B - c r o s s i s
i n d e e d
i m p o r t a n t
i n
d e s i g n i n g
o f a n t e n n a s .
I t s h o u l d
b e
a t l e a s t
more t h a n 2 0 d B . W e
s u c c e s s f u l l y
a c h i e v e d t o
more t h a n t h i s
d i f f e r e n c e .
A n t e n n a
D e s i g n
T h i s a n t e n n a i s
a
p l a n a r l o g - p e r i o d i c
a n t e n n a .
W e
d e c i d e d t o
d e s i g n
t h e a n t e n n a
w i t h 7
d i p o l e
e l e m e n t s . T h e
s u b s t r a t e
o f
t h i s
a n t e n n a i s
m a d e o f
F R - 4 . B e c a u s e
o f
l e s s
c o n s u m p t i o n
o f
F R - 4 ,
t h i s
c o n s t r u c t i o n l e a d s
u s
t o l o w e r
p r i c e s .
I t s h o u l d
b e
m e n t i o n e d
t h a t
F R - 4
i s a d i e l e c t r i c s u b s t a n c e
w i t h F
r
= 4 . 3
a n d
l o s s
t a n g e n t
= 0 . 0 2 .
T h e
l e n g t h
o f
d i p o l e
e l e m e n t s o f
t h i s a n t e n n a i s
f r o m
1 6 0 mm t o 2 6 8 mm.
T h e
r a t i o
o f
e v e r y
d i p o l e
t o
i t s
n e x t
i s 1 . 0 9 3 . T h i s a n t e n n a
i s
l o a d e d
b y
a 2 8
mm* 1 6 mm
r e c t a n g u l a r
p a t c h
f o r
a c h i e v i n g
b e t t e r
m a t c h i n g .
A d i f f e r e n t i a l
p o r t
w h i c h i s
a t t a c h e d t o a
c o a x i a l c a b l e e n t e r s i n t h e
r e c t a n g u l a r p a t c h ,
1 2 mm f r o m
t h e
e n d
o f i t
T h e
c h a r a c t e r i s t i c
i m p e d a n c e
o f t h i s c a b l e i s 5 0
Q .
H o w e v e r ,
i t
was
o b s e r v e d t h a t i n o r d e r
t o
a c h i e v e
p r o p e r
i m p e d a n c e
b a n d w i d t h ,
d i p o l e s p o s i t i o n s
a n d
d i m e n s i o n s
n e e d
t o b e
a d j u s t e d a c c o r d i n g l y .
T h i s
s t u d y
t a k e s
a d v a n t a g e
o f t h e f a c t
t h a t
f o r
a n t e n n a s
o p e r a t i n g
a t
h i g h e r f r e q u e n c i e s ,
s m a l l e r
a b s o l u t e
d i s p l a c e m e n t s
w i l l
r e s u l t i n
s i g n i f i c a n t
p e r c e n t a g e
c h a n g e s
i n
t h e
a n t e n n a
b a n d w i d t h . B e c a u s e
t h e
u s e
o f
m e t a l
c o m p o n e n t s
c a n
d e g r a d e
t h e
a n t e n n a s
p e r f o r m a n c e ,
e m p h a s i s
was
p l a c e d
on
s y n e r g y
i n
t h e
d e s i g n
p r o c e s s .
S i m u l a t i o n s
were
c o n d u c t e d i n o r d e r
t o o b t a i n
s w e p t
f r e q u e n c y
r e s p o n s e e x t e n d i n g
f r o m
5 0 0 t o 7 0 0 MHz. T h e
s w e p t
r e s p o n s e
g a v e
u s t h e
S i I
r e f e r r e d
t o a 5 0
Q 2
t r a n s m i s s i o n
l i n e .
A f t e r
t h a t
r a d i a t i o n
p a t t e r n
was
c o m p u t e d .
T h e
t y p e
o f
o p t i m i z a t i o n
w h i c h
w e
u t i l i z e d
i s m a n u a l . T h e
c o n s t r u c t i o n
o f
t h e
a n t e n n a
a n d
t h e
p o i n t
o f c o n n e c t i o n o f
t h e
p o r t
h a v e
b e e n i l l u s t r a t e d i n
F i g .
1 I . T h e
d i p o l e s
a r e
p r i n t e d
o n e
u p ,
o n e d o w n
r e s p e c t i v e l y .
T h e b o l d e d
p a r t s
a r e
t h e
p r i n t e d
m e t a l l i z a t i o n on F R - 4 . T h e
d a s h e d
p a r t s
a r e
p r i n t e d
b e h i n d
F R - 4 .
~~~~~~~~~~~W
2 2 4
F i g u r e
1 :
T h e c o n s tr u ct i o n o f t h e a n t e n n a
S i m u l a t i o n R e s u l t s
T h e
f i r s t
p u r p o s e
o f t h i s a n t e n n a
i s t o b e a
w i d e b a n d
a n t e n n a ,
w i t h t h e
f r e q u e n c y r a n g e
o f 5 0 0 t o
7 0 0
MHz. W e
m u s t f i x
t h e i I
~
SI p a r a m e i - t e r
l o n w e r
t h a n
1 I 0 d B a t
a l I m o s , t
a l l f r e q u e n c i e snr
h e i
w o r k i n g c b a n d w i d c t h . Compu t e d
i n p u
t
i m p e - d a n c e i -
d a t a
f o r
t h e
p r o p o s e d
a n t e n n a
h a v e b e e n
p l o t t e d
i n
t h e
S m i t h
c h a r t
a n d
I S I
p a r a m e t e r
d i a g r a m .
T h e s e
r e s u l t s
h a v e
b e e n
g i v e n
i n
F i g .
2
3 .
3 3 2
-
8/10/2019 Wideband Planar Log Periodic Antenna
3/4
SIIJMHz
X
7 0 0
MHz
f e q
( 5 0 O D l M I
t o 7 0 0 i t 1 )
F i g u r e
2 :
The
S 1
p a r a m e t e r o f t h e a n t e n n a
i n t h e
S m i t h
c h a r t
S i l
1 0
n
2 0
3
4 0 _
- 5 0 -
5 0 0 5 5 0 6 0 0 6 5 0 7 0 0
F r e q u e n c y
F i g u r e 3 : The
S 1 1
p a r a m e t e r
d i a g r a m
o f t h e a n t e n n a
T h e s e c o n d
p u r p o s e
o f
t h i s
a n t e n n a
i s t o
p r o v i d e
t h e
a c c e p t a b l e
g a i n
a l l
o v e r t h e
b a n d w i d t h .
T h e
maximum
g a i n
o f
t h i s
a n t e n n a i s 4 . 5 d B
i n
t h e c e n t r a l
f r e q u e n c y
o f
t h e
b a n d w i d t h , 6 0 0 M H z ,
i n
d i r e c t i o n
o f t h e
maximum
r a d i a t i o n
( - 9 0 ) .
T h i s d i r e c t i o n
i s
e x a c t l y t h e d i r e c t i o n
o f t h e f e e d l i n e .
T h i s
g a i n
i s
a l m o s t
c o n s t a n t
a l l
o v e r t h e
b a n d w i d t h .
T h e
g a i n
o f
t h e
a n t e n n a
h a s
b e e n
i l l u s t r a t e d i n
F i g .
4 .
1
2 ~ 4
L
1
1
_
L
0 6
1 0
L I I
0 1 2
2 2 0 0
1 5 0 1 00
5 0
0 50 1 0 0 1 5 0 2 0 0
e t i [ d e g ]
F i g u r e
4 :
The
g a i n d i a g r a m
o f
t h e
a n t e n n a
T h e
t h i r d
p u r p o s e
o f
t h i s
a n t e n n a
i s
t o
p r o v i d e
t h e
a x i a l r a t i o
u n d e r
I
d B
t o
s u p p l y
t h e
p u r e
l i n e a r
p o l a r i z a t i o n
w h i c h
i s
o n e o f t h e
m o s t
i m p o r t a n t p u r p o s e s
o f
t h e a n t e n n a . T h e a x i a l r a t i o
d i a g r a m
o f t h e a n t e n n a
h a s
b e e n
s h o w n
i n
F i g .
5 .
A x i a l R a t i o
n1 e 0
2 0 1010 0 0
5 1 0 1 5 20
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
F i g u r e ~
n t e n n
3 3 3
S i 1
-
8/10/2019 Wideband Planar Log Periodic Antenna
4/4
F i n a l l y , we m u s t k e e p
t h e
m i n i m u m
d i f f e r e n c e
b e t w e e n
E - c o
a n d E - c r o s s a t l e a s t 2 0 d B .
T h e
minimum d i f f e r e n c e
b e t w e e n E - c o a n d E - c r o s s o f
t h i s
a n t e n n a
i s m o r e t h n 3 5 d B .
T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n
E - c o
a n d E - c r o s s o f t h e a n t e n n a
h a s
b e e n
g i v e n
i n
F i g .
6 .
E _ c o
E _ c r o s s
1 0
2 0
3 0
4
- 6 0
- 2 0 0 - 1 5 0 - 1 0 0
- 5 0 0 5 0
1 0 0 1 5 0
2 0 0
T H E T A
F i g u r e 6 : T h e d i f f e r e n c e b e t w e e n E - c o
a n d E - c r o s s
o f
t h e a n t e n n a
C o n c l u s i o n s
A w i d e b a n d p l a n a r
l o g - p e r i o d i c
a n t e n n a , w i t h s m a l l t h i c k n e s s
h a s
b e e n d i s c u s s e d . T h e
S I I
p a r a m e t e r
i s
l o w e r
t h a n
- 1 0
d B
i n t h e w o r k i n g
b a n d w i d t h , i . e .
t h e
f r e q u e n c y r a n g e
o f 5 0 0 t o 7 0 0
MHz.
T h i s a n t e n n a
c a n p r o v i d e
a g a i n o f 4 . 5 d B
i n
t h e
d i r e c t i o n
o f t h e
maximum
r a d i a t i o n .
T h i s d i r e c t i o n c o i n c i d e s w i t h
t h e
d i r e c t i o n
o f t h e f e e d l i n e . T h e g a i n
i s c o n s t a n t
a l l o v e r t h e b a n d w i d t h . T h i s a n t e n n a c
a n
a l s o
p r o v i d e
t h e a x i a l r a t i o
u n d e r
1
d B t o
s u p p l y p u r e
l i n e a r
p o l a r i z a t i o n
w h i c h
i s
o n e
o f i t s m o s t
i m p o r t a n t
f e a t u r e s . T h e m i n i m u m d i f f e r e n c e b e t
w e e n E - c o a n d E - c r o s s o f
t h i s
a n t e n n a
i s m o r e
t h an 3 5
d B .
R e f e r e n c e s
[ 1 ]
I
J .
B ah l a n d
P .
B h a r t i a ,
M i c r o s t r i p
A n t e n n a s ,
A r t e c h
H o u s e , MA , 1 9 8 1 .
[ 2 ] H . F .
L e e
a n d W. C h e n , A d v a n c e s i n
M i c r o s t r i p
A n t e n n a s ,
W e i l y ,
Ne w Y o r k , 1 9 9 7 .
[ 3 ] J . F .
Z u r c h e r
a n d
F .
G a r d i o l ,
B r o a d b a n d
P a t c h
A n t e n n a s ,
A r t e c h H o u s e ,
D e d h a m ,
M . A . ,
1 9 9 5 .
[ 4 ] D . M .
P o z a r ,
M i c r o s t r i p
a n t e n n a s ,
P r o c .
I E E E ,
v o l . 8 0 , N o .
1
p p .
7 9 - 9 1 , J a n u a r y
1 9 9 2 .
[ 5 ] J . M o s i g , A r b i t r a r a r i l y
s h a p e d
m i c r o s t r i p s t r u c t u r e s a n d
t h e i r
a n a l y s i s
w i t h a
m i x e d
p o t e n t i a l i n t e g r a l e q u a t i o n ,
IEEE
T r a n s . M i c r o w a v e T h e o r y T e c h n i q u e s ,
v o l . 3 6 , n o .
1
p p .
3 1 4 - 3 2 3 ,
1 9 9 8 .
[ 6 ]
J . R .
J a m e s
a n d
P . S .
H a l l ,
H a n d b o o k
o f
M i c r o s t r i p
A n t e n n a s ,
P e t e r
P e r e g r i n u s ,
S t e v e n a g e ,
1 9 8 9 .
[ 7 ]
H . J .
H o w e ,
S t r i p l i n e
C i r c u i t
D e s i g n ,
A r t e c h
H o u s e ,
D e d h a m ,
M . A . ,
1 9 7 4 .
[ 8 ]
J . R .
J a m e s ,
P . S .
H a l l ,
C .
W o o d ,
a n d A .
H e n d e r s o n ,
S o m e
r e c e n t
d e v e l o p m e n t s
i n
m i c r o s t r i p
a n t e n n a
d e s i g n ,
IEEE
T r a n s . A n t e n n a s
P r o p a g a t i o n ,
v o l . A P - 2 9 , n o .
1
p p .
1 24 - 12 8, J a n u ar y
1 9 8 1 .
[ 9 ]
R . J .
M a i l l o u x ,
J . F .
M c l l v e n a ,
a n d
N . P . K e r n w e l s , M i c r o s t r i p a r r a y t e c h
n o l o g y ,
IEEE T r a n s . A n t e n n a s
P r o p a g a t i o n ,
v o l .
2 9 ,
n o . 1 p p . 2 5 - 3 7 , 1 9 8 1 .
[ 1 0 ] S . D r a b o w i t c h , A . P a p i e r n i k , H . G
r i f f i t h s ,
J .
E n c i n a s a n d B . L .
S m i t h ,
M o d e r n
A n t e n n a s ,
C h a p m a n
H a l l ,
1 9 9 8 .
[ 1 1 ]
F .
Y a n g ,
X . X .
Z h a n g ,
X .
Y e ,
a n d Y .
R a h m a t - S a m i i ,
W i d e - B a n d
E S h a p e d
P a tc h A n t e n na s f o r i r e l e s s
C o m m u n i c a t i o n s ,
IEEE T r a n s . A n t e n n a s
P r o p a g a t . ,
v o l .
4 9 ,
n o .
7 , p p .
1 0 9 4 -
1 1 0 0 ,
J u l y
2 0 0 1 .
[ 1 2 ]
K .
L .
Wong
a n d W.
H .
H s u ,
A
B r o a d - B a n d
R e c t a n g u l a r
P a t c h A n t e n n a w i t h
a
P a i r o f W i d e
S l i t s ,
IEEE T r a n s .
A n t e n n a s
P r o p a g a t . ,
v o l .
4 9 ,
n o .
9 , p p .
1 3 4 5 - 1 3 4 7 ,
S e p t .
2 0 0 1 .
3 3 4
![DESIGN AND ANALYSIS OF WIDEBAND PLANAR MONOPOLE ANTENNAS … · 2020. 1. 16. · planar monopole antennas have attracted many studies. Techniques such as adding shorting posts [10{12],](https://img.dokumen.tips/doc/110x75/60d5231b18413f5a56506387/design-and-analysis-of-wideband-planar-monopole-antennas-2020-1-16-planar-monopole.jpg)
