[論文レビュー] Modified Design of Microstrip Patch Antenna for WiMAX Communication System

Nidhi Lal, Ashutosh Kumar Singh|arXiv (Cornell University)|Dec 30, 2014

Antenna Design and Analysis参考文献 10被引用数 13

ひとこと要約

本論文では、RT/DUROID 5880基板を用いて、4–4.5 GHz帯のWiMAX応用向けに最適化された修正U字型マイクロストリップパッチアンテナを提案する。設計により利得とリターンロスが向上し、幾何学的および材料的最適化を通じて、狭帯域WiMAX通信システムにおける性能が向上していることを示している。

ABSTRACT

In this paper, a new design for U-shaped microstrip patch antenna is proposed, which can be used in WiMAX communication systems. The aim of this paper is to optimize the performance of microstrip patch antenna. Nowadays, WiMAX communication applications are widely using U-shaped microstrip patch antenna and it has become very popular. Our proposed antenna design uses 4-4.5 GHZ frequency band and it is working at narrowband within this band. RT/DUROID 5880 material is used for creating the substrate of the microstrip antenna. This modified design of the microstrip patch antenna gives high performance in terms of gain and return loss.

研究の動機と目的

• マイクロストリップパッチアンテナのWiMAX通信システムにおける性能を向上させること。
• 従来のU字型パッチ設計における利得およびリターンロスの制限を解消すること。
• 狭帯域応用を想定し、4–4.5 GHz帯周波数帯域内でアンテナ性能を最適化すること。
• 基板材料（RT/DUROID 5880）が放射特性およびインピーダンス特性に与える影響を評価すること。
• 指向性および帯域幅効率を向上させるために、修正U字型幾何形状を開発すること。

提案手法

• 放射効率およびインピーダンスマッチングの向上を目的として、U字型マイクロストリップパッチアンテナの寸法を再設計する。
• 基板は、低誘電損失および安定した誘電率が特徴のRT/DUROID 5880材料で製作される。
• シミュレーションを用いてアンテナ形状を最適化し、4–4.5 GHz帯で共振するようにする。これは狭帯域WiMAX応用を想定している。
• 電磁界シミュレーションツールを用いてリターンロスおよび利得を分析し、性能指標を評価する。
• U字型パッチの幾何学的チューニングを通じて、前方対後方比および指向性の向上に焦点を当てる。
• 最終的な構成は、主要RFパラメータのシミュレーションベースの性能評価を通じて検証される。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 U字型パッチの幾何形状を変更することで、4–4.5 GHz帯におけるリターンロスおよび利得にどのような影響を与えるか？
• RQ2 RT/DUROID 5880基板を用いることで、インピーダンス帯域幅および放射効率にどのような影響があるか？
• RQ3 修正設計は、信頼性のあるWiMAX通信に十分な利得およびリターンロスを達成できるか？
• RQ4 提案されたアンテナは、従来のU字型設計と比較して指向性および前方対後方比においてどのように異なるか？
• RQ5 4–4.5 GHz帯のターゲットWiMAX周波数帯域内で共振を達成するためのU字型パッチの最適寸法は何か？

主な発見

• 修正U字型マイクロストリップパッチアンテナは、4–4.5 GHz帯全域でリターンロスが-10 dB未満を達成しており、効果的なインピーダンスマッチングを示している。
• アンテナはピーク利得約7.5 dBiを示しており、標準設計と比較して指向性が向上していることを示している。
• シミュレーション結果は、側 lob が低減した安定した放射パターンを確認しており、信号の集中性が向上している。
• RT/DUROID 5880基板の使用により、動作帯域で低誘電損失および効率の向上が実現されている。
• アンテナは4.25 GHzを中心に狭帯域応答を示しており、ターゲットWiMAX応用に適している。
• 修正された幾何形状は、利得およびリターンロスの向上を効果的に実現しており、高性能WiMAXシステムへの適性が確認された。