Broadband bow-tie antenna with tapered balun

Abstract

ABSTRACT: In microwave applications spectrum Industrial, Scientific and Medical (ISM) band, especially in wireless communication systems applications such as GSM, 3G, Wi-Fi and Wi-MAX applications, high antenna characteristics such as high gain and wide bandwidth are required. In this thesis, a broadband Bow Tie Antenna (BTA) with high performance characteristics has been designed, to cover the wireless application requirements. One of the fundamental problems of the transmission line in the antenna system is the power loss due to the radiation which occurs on the feed excitation. This kind of transmission lines is called Unbalance Transmissions Lines (UTL). To reduce the power radiation on transmissions lines, in other words, to modify transmission line from unbalance to balance (BTL), i.e. UTL-to-BTL transition, the ―balun technique‖ can be used. In this study, for UTL bow tie antenna with Microstip Line (MSL) and coaxial cable feeds have been used. On the other hand for BTL bow tie antenna with Coplanar Strips line (CPS) feed has been used. Two kinds of taper impedance matching techniques have been applied to reduce reflection in the signal. A broadband BTA antenna with dual bands has been designed and simulated having the bandwidth 1.89-3.25 GHz and 3.5-3.67 GHz for operating frequency 2.45 GHz. Maximum gain achieved at 2 GHz which is equal to 6.9 dB and the gain for 2.5 GHz, 3 GHz, and 3.5 GHz, are equal to 4.8 dB, 5.1 dB, and 3.8 dB respectively. Keywords: Broadband Antenna, BTA, bow tie, Wireless Applications, UTL, BTL, Balun, taper, Microstrip line to Coupled Transitions. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ÖZ: Birçok mikrodalga uygulamasında (ISM band), özellikle 3G, Wi-LAN ve Wi-MAX kablosuz haberleşme alanlarında kullanılan antenlerde yüksek kazanç, geniş band gibi yüksek performans özellikleri aranmaktadır. Bu tez çalışmasında kablosuz haberleşme alanıda kullanılabilecek genişband ve yüksek kazanç özelliklerine sahip papyon anten tasarlanmıştır. Anten sistemlerinde en temel sorunlardan biri, besleme mikroşerit hattaki radyasyondan kaynaklanan güç kayıbıdır. Bu tür iletim hatları dengesiz iletim hattı olarak adlandırılır (Unbalance Transmission Line, UTL). İletim hatlarındaki bu güç kayıbını önlemek için, diğer bir deyişle, iletim hattını dengesiz durumdan dengeli (Balanced Transmission Line, BTL) duruma çevirmek için (UTL-BTL) ―balun tekniği‖ kullanılmaktadır. Bu çalışmada, UTL için mikroşerit ve ortak eksenli kablo beslemeli papyon anten, BTL için ise eş düzlemli şerit kablo beslemeli popyon anten kullanılmıştır. Ayrıca, iki tür konik empedance uyumlama tekniği uygulayarak yansıma sinyalinin azalması sağlanmıştır. 2.45 GHz frekası için, 1.89-3.25 GHz ve 3.5-3.67 GHz band genişlikleri olan çift band BTA tasarlanmıştır. En yüksek kazanç 2 GHz’te 6.9 dB olarak elde edilmiştir. Kazanç, 2.5 GHz, 3 GHz, ve 3.5 GHz frekanslarında ise sırası ile 4.8 dB, 5.1 dB, ve 3.8 dB’dir. Anahtar Kelimeler: Genişband Anten, BTA, papyon, Kablosuz Uygulamalar, UTL, BTL, Balun, konik, Microstrip line to Coupled Transitions.