Ministry of higher and secondary special education of the republic of uzbekistan the ministry for development of information

Create a Patch Antenna on a High-Epsilon Thick Substrate 
Create a rectangular patch antenna with a length of 36 mm and a width of 
48 mm on a 55 mm x 80 mm ground plane. The lossless substrate has a dielectric 
constant of 9.29 and thickness of 3.82mm. The feed is offset by 4 mm from the 

---

28 
origin along the x-axis. Similar to the previous case, convert the model to the 
stack representation and change the feed model as noted in. 
p2 = patchMicrostrip; 
p2.Length = 36e-3; 
p2.Width = 48e-3; 
p2.Height = 3.82e-3; 
p2.GroundPlaneLength = 55e-3; 
p2.GroundPlaneWidth = 80e-3; 
p2.FeedOffset = [4.0e-3 0]; 
p2.Substrate = dielectric('Name','material2','EpsilonR',9.29); 
pb2 = pcbStack(p2); 
pb2.Layers{1}.NumPoints = 40; 
pb2.Layers{3}.NumPoints = 40; 
pb2.FeedDiameter = sqrt(2)*1e-3; 
pb2.FeedViaModel = 'square'; 
figure 
show(pb2) 
Fig.4.5. Patch Antenna on a High-Epsilon Thick Substrate. 
Visualize the Thick Patch Antenna Performance 
This is perhaps the most complicated case from the numerical point of 
view - a thick high-epsilon dielectric with significant fringing fields close to the 
patch edges. The figure below shows the impedance plot of the antenna with 
resonance close to 1.22 GHz. The paper shows a resonance close to 1.27 GHz. 
figure 
impedance(pb2,linspace(1.2e9,1.35e9,7)) 

---

29 
Fig. 4.5. Impedance parameter of antenna. 
Below is the mesh used for calculating the antenna performance. 
figure 
mesh(pb2) 
Fig.4.6. Discretize the metal regions of created patch antenna. 
To improve the result refine the mesh. The mesh can be refined using the 
maximum edge length criteria. In the case below the maximum edge length is 
set to 1.65 mm. As can be seen below, over 13000 tetrahedra are generated. As 
the mesh is very fine, the results take a longer time to compute and hence are 
saved in a .mat file. 
figure 
mesh(pb2,'MaxEdgeLength',.00165) 

---

30 
Fig.4.7. Discretize the metal regions of created patch antenna with 
'MaxEdgeLength',.00165. 
Plotting the impedance shows the resonance close to 1.27 GHz as expected. 
load thickpatch 
figure 
plot(freq*1e-9, real(Z), 'b', freq*1e-9, imag(Z), 'r', 'LineWidth',2); 
legend('resistance', 'reactance'); 
title('Impedance'); 
ylabel('Impedance (ohms)'); 
xlabel('Frequency (GHz)'); 
grid on; 
Fig. 4.5. Impedance parameter of antenna with 'MaxEdgeLength',.00165. 
The directivity information for this patch is also precomputed and stored. 
This can be plotted using the patternCustom function as shown below. A 
significant back lobe is observed for the thick patch antenna. 

---

31 
figure 
patternCustom(D.', 90-el, az); 
h = title('Directivity (dBi)'); 
h.Position = [-0.4179, -0.4179, 1.05]; 
Fig. 4.4. Radiation pattern of antenna with 'MaxEdgeLength',.00165.