Printed patch antennas for modern wireless communication systems

The increasing demand for higher bandwidth and higher speed wireless communication motivates the exploration of modern wireless communication. Ultra-wide band (UWB) technology is one of the most promising solutions for future communication systems due to the high data rate and excellent immunity to multi-path interference. Also, The IEEE 802.11ad and IEEE 802.11ay operating on 60 GHz mmWave are the two most expected wireless local area network (WLAN) technologies for ultra-high-speed communications. The 802.11ad standard (WiGig) provides throughput speeds of multi-Gb/s covering tens of meters by offering a wide beamforming channel in 60GHz ISM band channel. In the proposed work, we will focus on both the above-mentioned technologies. As a first approach, a novel wide band microstrip patch antenna (MPA) configurations that can be used for UWB applications with enhanced performance is designed and discussed. The impedance bandwidth of the proposed antennas has been enhanced by using techniques such as patch slotting, as an improved technique. An impedance bandwidth between 5 -11 GHz has been achieved. The antenna has been examined in terms of the return loss, peak gain and radiation characteristics. We also present an efficient microstrip patch antenna (MPA) with superstrate Technique. The antenna configuration can be used for UWB applications. Based on the interference problem in modern wireless communication systems, the proposed work has been extended in order to design an efficient UWB antennas with band notch characteristics at centre frequency of 5.2 GHz. The Simulations were performed using different EM software such as Ansys HFSS which uses the Finite Difference Time Domain (FDTD), and Finite Element Method (FEM). We follow the strategy as the first step by designing patch antenna suitable for Ultra Wide Band (UWB) bandwidth range and the next step, an anisotropic filter ring resonator imposed and etched on the UWB antenna patch to produce band rejection properties. Several investigations and analysis of printed antenna arrays with high-gain characteristic are performed for mm-waves wireless systems. The structure presented based on microstrip arrays antennas, the proposed antenna is designed for 60GHz high gain backhaul transceiver systems. Several array antenna structures have been also proposed to cover 360 degree. In order to analyse and validate the antenna performance designs, several numerical analyses have been done by using electromagnetic software simulators.

La crescente domanda di comunicazioni wireless a banda larga e velocità più elevate motiva l'esplorazione della moderna comunicazione wireless. La tecnologia a banda ultra larga (UWB) è una delle soluzioni più promettenti per i futuri sistemi di comunicazione a causa dell'elevata velocità dei dati e dell'eccellente immunità alle interferenze multi-path. Inoltre, IEEE 802.11ad e IEEE 802.11ay che funzionano a 60 GHz mmWave sono le due tecnologie WLAN (Wireless Area Network) più comuni per comunicazioni ad altissima velocità. Lo standard 802.11ad (WiGig) fornisce velocità di throughput di multi-Gb / s che copre decine di metri offrendo un ampio canale beamforming nel canale a banda ISM 60GHz.    Nel lavoro proposto, ci concentreremo su entrambe le tecnologie sopra citate. Come primo approccio, viene progettata e discussa una nuova configurazione di antenna patch microstrip (MPA) a banda larga che può essere utilizzata per le applicazioni UWB con prestazioni migliorate. La larghezza di banda di impedenza delle antenne proposte è stata migliorata utilizzando tecniche come la scanalatura delle patch, come tecnica migliorata. È stata raggiunta un'ampiezza di banda di impedenza tra 5 -11 GHz. Le prestazioni dell'antenna sono state caratterizzate in termini di coefficiente di riflessione, guadagno di picco e caratteristiche di radiazione. Presentiamo inoltre un'efficace microstrip patch antenna (MPA) con tecnica superstrato. La configurazione dell'antenna può essere utilizzata per le applicazioni UWB. Basato sul problema dell'interferenza nei moderni sistemi di comunicazione wireless il lavoro proposto è stato esteso al fine di progettare un'efficiente antenna UWB con caratteristiche di reiezione della banda in banda WLAN di 5,2 GHz. Le simulazioni sono state eseguite utilizzando diversi software EM come Ansys HFSS che utilizza il metodo FEM (Finite Element Method) e FDTD (Finite-Difference Time-Domain). Seguiamo la strategia come primo passo progettando un'antenna patch operante in banda di frequenza Ultra-Wide Band (UWB) e il passo successivo, l'antenna UWB è incorporata con una struttura di filtro anisotropica (SRR) che è stata dimostrata insieme con e le sue proprietà di reiezione.    Un'indagine numerica e un'analisi di un array di antenne stampate ad alto guadagno viene eseguita per applicazioni wireless a onde millimetriche. La struttura presentata basata su antenne array di microstrip, l'antenna proposta è progettata per sistemi di ricetrasmettitore backhaul ad alto guadagno da 60 GHz. Una struttura di array è stata anche proposta per coprire a 360 ​​gradi. Al fine di analizzare e convalidare le prestazioni elettromagnetiche di queste antenne, è stata eseguita un'analisi numerica da ANSYS HFSS, che impiega il Finite Element Method (FEM).