Bandwidth-Enhanced Pentagon-Shaped Microstrip-Based Planar Monopole Antenna with Harmonic Rejection
Another Title
Плоская пятиугольная антенна-монополь на основе микрополосковой структуры с расширенной полосой пропускания и подавлением гармоник
Bibliographic entry
Bhole, P. R. Bandwidth-Enhanced Pentagon-Shaped Microstrip-Based Planar Monopole Antenna with Harmonic Rejection = Плоская пятиугольная антенна-монополь на основе микрополосковой структуры с расширенной полосой пропускания и подавлением гармоник / P. R. Bhole, P. J. Deore // Приборы и методы измерений. – 2026. – № 2. – С. 97-107.
Abstract
Microstrip patch antennas' two primary limitations are narrow bandwidth and harmonic interference, restricting their application for 2.4 GHz systems. Standard microstrip patch antennas typically only provide a fractional bandwidth between 2 % and 5 %. Because of the higher-order harmonic emissions from microstrip patch antennas, other wireless services may also experience interference from these devices. The proposed design, a pentagon-shaped patch antenna, handles both limitations through geometric innovation rather than complex multi-layer construction. When the base of pentagonal patch is positioned opposite the feed location, surface currents are distributed more uniformly than conventional rectangular geometries, thereby creating a broader resonant response. Strategic ground plane defects produce transmission nulls at harmonic frequencies and introduce additional resonances within the operating band. The introduction of a partial ground plane modifies the conventional cavity-backed radiation mechanism, resulting in monopole-like behavior that contributes to the observed wide impedance bandwidth. ANSYS HFSS 13 electromagnetic simulation verifies that the design provides a 1.85 GHz operational bandwidth between 1.32 GHz and 3.17 GHz, i. e. 82.22 % fractional bandwidth. The integrated defected ground structure forms wide 4.0 GHz to 12.0 GHz stop band. This modification disturbs ground plane current, which results in effective suppression of higher-order harmonics. The aforementioned combination, which is made on an inexpensive single-layer substrate, provides an ideal solution for spectrally pure, wideband wireless systems by doing away with the need for external decoupling components.
Abstract in another language
Двумя основными недостатками микрополосковых патч-антенн являются малая ширина полосы пропускания и гармоническая интерференция, что ограничивает их применение диапазоном 2,4 ГГц. Стандартные микрополосковые патч-антенны, как правило, обеспечивают относительную ширину полосы пропускания в диапазоне от 2 % до 5 %. Высокий уровень высших гармоник в излучении микрополосковых патч-антенн создаёт помехи для сторонних беспроводных устройств. Предлагаемая конструкция пятиугольной патч-антенны позволяет преодолеть оба этих ограничения за счёт использования инновационной геометрической формы вместо сложной многослойной структуры. При расположении основания пятиугольника противоположно месту подвода мощности обеспечивается более равномерное распределение поверхностных токов, чем при традиционной прямоугольной геометрии антенны, благодаря чему увеличивается ширина резонансной кривой. Целенаправленно сформированные дефекты заземляющей плоскости создают провалы в передаточной характеристике на частотах высших гармоник и вводят дополнительные резонансные частоты в пределах рабочей полосы частот. Компьютерное моделирование в среде ANSYS HFSS 13 подтвердило достижение рабочей ширины полосы пропускания в диапазоне от 1,32 ГГц до 3,17 ГГц на частоте 1,85 ГГц, т. е. относительную ширину полосы пропускания 82,22 %. Интегрированная дефектная структура заземления позволила сформировать широкую полосу подавления в диапазоне от 4,0 до 12,0 ГГц. Введённая модификация нарушает протекание тока в плоскости заземления, что приводит к эффективному подавлению гармоник более высоких порядков. Комбинация упомянутых решений, реализуемая на недорогой однослойной подложке, является оптимальным решением для спектрально чистых широкополосных беспроводных систем, устраняющим необходимость во внешних развязывающих компонентах.
View/
Collections
- Т. 17, № 2[9]