Date of Award

4-2019

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Mousa Hussein

Second Advisor

Dr. Mohammad Abdul-Hafez

Abstract

Antenna engineering is very important in the development of communication systems and the requirements for low profile antennas that cover a wide spectrum of frequencies increase the number of researches in this field. Accordingly, scientists have focused on UWB microstrip antennas that cover the range from 3.1 GHz to 10.6 GHz but others concentrate on enhancing its performance using a special type of materials called metamaterials.

The main objective of this work is to enhance frequency bandwidth, antenna gain, and radiation pattern for the UWB circular microstrip antenna by employing the Split Ring Resonator (SRR) technique, which is one type of metamaterial.

Circular and square split-ring resonators are investigated as an enhancement method after studying their characteristics. Multiple techniques are also applied to these two structures prior to being implemented at the antenna’s backside including different SRR schematics such as the SRR position with respect to the ground, inner and outer ring rotation, positive and negative rotation angle, number of SRR units, SRR size, SRR design, in addition to using the complementary SRR. Furthermore, two techniques are combined together in some designs to observe how the antenna’s performance will be affected. The proposed techniques rely on the variation in capacitance and inductance which will affect the resonant frequency of the SRR unit cell. Then some SRR Schematics were implemented in the proposed circular antenna design to test the functionality within WiFi frequencies 2.4 GHz and 5 GHz. The enhancement can be summarized in increasing antenna bandwidth and transmitting or rejecting specific frequency bands. The results of the study reveal an enhancement in circular antenna performance. UWB circular antenna with elliptical rings has a frequency bandwidth between 3.5 GHz to 9 GHz and a maximum gain of around 5 dB; during the enhancement process using the previously mentioned techniques, the frequency bandwidth increased to cover the range from 2.2 GHz to 9.8 GHz along with some bands rejection. It was noted that some rejected bands have shifted to higher frequencies when applying inner or outer ring rotation. To emphasize this, WiFi frequencies 2.4 GHz and 5GHz are inspected by using the suitable size of S-SRR to decide which frequency to reject or transmit depending on the communication applications.

The outcomes of this work should assist in designing antennas with SRR depending on required communication applications and operating frequencies.

Comments

هندسة الهوائي مهمة للغاية في تطوير أنظمة الاتصالات والحاجة إلى الهوائيات صغيرة الحجم التي تغطي مجموعة واسعة من الترددات أدت إلى زيادة عدد الأبحاث في هذا المجال. وفقا لذلك، ركز العلماء على الهوائيات الكهربائية الدقيقة ذات النطاق فائق السعة (UWB) التي تغطي مجموعة الترددات من 3.1 جيجا هرتز إلى 10.6 جيجا هرتز ولكن يركز آخرون على تحسين آدائها باستخدام نوع خاص من المواد يعرف بالمواد الاصطناعية .(MMs)

الهدف الرئيسي من هذا العمل هو تحسين عرض نطاق التردد وكسب الهوائي ومخطط الاشعاع للهوائي الدائري دقيق الحجم ذو نطاق (UWB) من خلال استخدام تقنية الرنان الحلقي المنقسم ( SRR ) وهو إحدى أنواع (MMs) . يتم التحقق من ( SRRs ) الدائرية والمربعة كوسيلة تحسين بعد دراسة خصائصها. يتم تطبيق تقنيات متعددة على هذين الهيكلين قبل تنفيذها على السطح الخلفي للهوائي. يتضمن ذلك مخططات مختلفة لـ (SRR) مثل موضع (SRR) بالنسبة لأرضية الهوائي ودوران الحلقة الخارجية أو الداخلية وزاوية الدوران الموجبة والسالبة وعدد وحدات وحجم وتصميم (SRR) بالإضافة إلى استخدام التصميم التكميلي لـ (SRR) علاوة على ذلك، يتم الجمع بين تقنيتين في بعض التصميمات لمراقبة كيفية تأثر آداء الهوائي. تعتمد التقنيات المقترحة على التباين في السعة الكهربائية والحث الكهرومغناطيسي التي ستؤثر على تردد الرنين لخلية واحدة. ثم تم تنفيذ بعض مخططات ( SRR) في تصميم الهوائي الدائري المقترح لاختبار الوظيفة ضمن ترددات الشبكة اللاسلكية 2.4 جيجا هرتز و 5 جيجا هيرتز. يمكن تلخيص التحسن في زيادة عرض نطاق الهوائي وإرسال أو رفض نطاقات تردد محددة. تكشف نتائج الدراسة عن تحسن في آداء الهوائي الدائري. نطاق تردد الهوائي الدائري ذو الحلقات البيضاوية ونطاق ( UWB ) يتراوح بين 3.5 جيجا هرتز إلى 9 جيجا هرتز وكسب أقصى حوالي 5 dB ؛ أثناء عملية التحسين باستخدام التقنيات المذكورة سابقا، زاد عرض نطاق التردد ليشمل نطاقا يتراوح بين 2.2 جيجا هرتز و 9.8 جيجا هرتز جنبا إلى جنب مع بعض نطاقات الرفض. وقد لوحظ أن بعض النطاقات المرفوضة قد انتقلت إلى ترددات أعلى عند تطبيق دوران الحلقة الداخلية أو الخارجية. للتأكيد على ذلك، يتم فحص ترددات الشبكة اللاسلكية 2.4 جيجا هرتز و 5 جيجا هيرتز باستخدام الحجم المناسب لـ (SRR) المربع الشكل لتحديد التردد الذي يجب رفضه أو إرساله وفقا لتطبيقات الاتصالات.

اعتمادا على تطبيقات الاتصالات والترددات المستخدمة يجب أن تساعد نتائج هذا العمل في تصميم الهوائيات مع (SRR)

Download

Included in

Engineering Commons

COinS