Design and Performance Optimization of a Microstrip Patch Antenna Using HFSS for Wireless Communication Applications

Ramzi Ayad Alsani Alriheebi

doi:10.65405/y4e4mr68

المؤلفون

Ramzi Ayad Alsani Alriheebi Electrical and Electronic Engineering Department, Faculty Engineering and Technology,Aljafara University, Libya المؤلف

DOI:

https://doi.org/10.65405/y4e4mr68

الكلمات المفتاحية:

هوائي الشريحة الدقيقة، برنامج HFSS، الاتصالات اللاسلكية، تصميم الهوائيات، معامل الانعكاس S11، الكسب (Gain)، نسبة الموجة الواقفة VSWR

الملخص

تهدف هذه الدراسة إلى تصميم ومحاكاة وتحسين نموذج لهوائي رقعة ميكروستريب (Microstrip Patch Antenna) باستخدام برنامج Ansys HFSS لتطبيقات الاتصالات اللاسلكية. كما تسعى إلى تحديد العقبات والتحديات واقتراح حلول للتغلب عليها في مراحل التصميم والمحاكاة والتحسين لهذه النماذج. من خلال منهجية تحليلية تطبيقية، تم تصميم هوائي للعمل عند تردد مستهدف قدره 2.4 جيجاهرتز، وهو تردد شائع الاستخدام في تطبيقات Wi-Fi ونطاق ISM. شملت عملية المحاكاة النمذجة الرياضية، وحسابات عملية التصميم، والنمذجة ثلاثية الأبعاد، وتحسين المعاملات. تم تحليل معايير أداء النموذج المقترح مثل فقد الإرجاع (S11)، ونسبة الموجة الواقفة (VSWR)، والكسب (Gain)، ونمط الإشعاع، وعرض النطاق (Bandwidth). وتشير النتائج إلى كفاءة النموذج المقترح، حيث أظهر توافقًا جيدًا في المعاوقة، وكسبًا مقبولًا، وخصائص إشعاع مستقرة، مما يجعله مناسبًا لأنظمة الاتصالات الحديثة.

التنزيلات

تنزيل البيانات ليس متاحًا بعد.

المراجع

▪ Abdullah, N. A., Rabeh, M. L., Salah, S., & Sharaf, M. S. (2024). Dual-band antenna design for energy harvesting. *Engineering Research Journal (Shoubra), 53*(4), 133–136.

▪ Agarwal, A., Agarwal, P., & Nene, M. J. (2025). AI regulation in telecommunications: A cross-jurisdictional legal study. *arXiv preprint arXiv:2511.22211.*

▪ Ahmed, M. F., & Kabir, M. H. (2025). An analysis of methods for enhancing gain and bandwidth in ultra-wideband microstrip patch antennas. *Cureus Journal of Engineering*, 1–14.

▪ Ahasan, M. A., & Billah, M. (2025). Design and performance analysis of compact microstrip patch antenna for wireless fidelity communication. *Journal of Engineering and Applied Science, 72*(1), 256.

▪ Albaihani, Y., Akram, R., Hajlaoui, E. A., Almohaimeed, A. M., Almohaimeed, Z. M., & Albaihani, A. (2026). 5.8 GHz microstrip patch antennas for wireless power transfer: A comprehensive review. *Electronics, 15*(2), 311.

▪ Anitha, G. (2025). Impact of horizontal and vertical meander-slot loading on lampshade patch antennas. In (pp. 773–779).

▪ Babu, B. R., Srinivas, M. S. S. S., Prasad, R. R., Varma, N. S. V., Reddy, V. S., & Basha, S. G. (2025). Improved bandwidth and gain enhancement of microstrip patch antenna. In *IEEE WAMS* (pp. 1–5).

▪ Coman, D., Sîrbu-Drăgan, M., Halunga, S., & Brînaru, D. (2025). Design and analysis of antennas and antenna systems for 5G technology.

▪ De Guzman, J. L., Villagomez, A. C., & Arboleda, E. (2024). Design and optimization of microstrip patch antennas for wireless communication systems: A literature review. Deshpande, R., Yalavarthi, U. D., Sriya, P., Deshpande, V., Bojjawar, S., Kumar, N., & Joshi,

▪ B. S. (2025). High-gain microstrip patch antenna with defected ground structure. In *IEEE RI2C* (pp. 114–118).

▪ El Abbasi, M., El Khamlichi, M., & Touhami, N. A. (2023). Machine learning-based optimization of microstrip patch antenna performance. *Results in Engineering, 20*, 101412.

▪ El Anzoul, R., Aitlafkih, M., & Farchi, A. (2023). Reconfigurable microstrip patch antenna for multiband applications. *Microsystem Technologies, 29*, 3451–3460.

▪ Guha, D., & Antar, Y. M. M. (2020). *Microstrip and printed antennas: New trends, techniques and applications*. Wiley.

▪ Islam, M. T., Islam, M. T., & Samsuzzaman, M. (2021). Compact microstrip patch antenna with enhanced bandwidth. *IEEE Access, 9*, 12345–12354.

▪ Jyothirmai, M., & Rani, B. G. (2025). Performance analysis of compact microstrip patch antenna. In *IEEE INSPECT* (pp. 1–5).

▪ Masadeh, M., & Kaur, A. (2025). A K-band circularly polarized antenna for short-range communication.

▪ Pandey, S., Arora, S. V., Shukla, K. K., Priyanka, P., Nivetha, A., & Chaudhary, A. (2024).

▪ Optimizing 3D printing for microstrip antennas. In *IEEE ICSTSN* (pp. 1–5).

▪ Parul, P., & Chakravarti, P. K. (2024). Circular patch coaxial feed microstrip antenna with DGS. In *IEEE MAC* (pp. 1–7).

▪ Ramineni, P. (2024). Dual-band microstrip patch antenna for sub-6 GHz applications. *J. Eng. Res. Rep, 26*(7), 210–221.

▪ Rashwan, Y. R., Abd El-Hameed, A. S., Dousoky, G., & Tammam, E. (2024). Efficient 2.45 GHz antenna array for RF energy harvesting. *SVU-International Journal*, 5(2), 175–183.

▪ Reddy, N. V., Chaithanya, C. V. N., Adithya, G., & Gopal, M. M. (2025). Enhancing patch antenna efficiency using machine learning. *IJCNIS, 17*(4), 227–236.

▪ Sahu, A. K., Shyamala, A., Lahari, A., & Surarchitha, C. (2025). Microstrip patch antenna using meta-surface. *Journal on Electronic Engineering, 4*, 2.

▪ Sathish, M., Smirthi, V. M., & Shreeya, R. (2025). Yagi-based patch antenna design. In *IEEE WAMS* (pp. 1–5).

▪ Segun Ayokunle, A., Singh, I., Rajpoot, V., & Kumar, A. (2025). Microstrip antennas for wearable health monitoring. Springer.

▪ Singh, E., Harihar, G., Yadav, J., Kikan, V., & Kumar, A. (2024). Dual-band rectangular patch antenna for V-band. In *IEEE MAC* (pp. 1–7).

▪ Sriya, P., Varshini, G., Deshpande, R., Reddy, B. S., Das, J., & Kumar, B. N. (2025). Hexagonal ground plane antenna for radar applications. In *IEEE WAMS* (pp. 1–4).

▪ Varshini, G., Sriya, P., Kumar, B. N., Deshpande, R., Reddy, B. S., & Das, J. (2025). Swastik -slot microstrip antenna for Ku-band. In *IEEE WAMS* (pp. 1–4).