A Super Wideband (26-70 GHz) Microstrip Patch Antenna for 5G Mobile Communication Applications

Abstract

У статті запропонована розробув нової широкосмугової монопольна антена розроблена для роботи в діапазоні частот міліметрових хвиль (ммВт) із смугою пропускання опору 26-70 ГГц для програм бездротового зв’язку 5G. Перш за все, звичайна антена розроблена на повній землі, потім вона розроблена на частковій поверхні з розміром 5 мм x 10 мм, але обидві конструкції не досягли смуги пропускання 50 ГГц-55 ГГц. Звичайна антена – це проста прямокутна антена з компактним розміром 5 мм x 6,5 мм Для створення широкосмугової ширини 26-70 ГГц запропонована антена розроблена. Конструкція складається з прямокутної патч-антени з технікою обрізання країв (роблення прорізів у куті патча) та розміщеної на частковій площині заземлення. для покращеного узгодження імпедансу. Запропонована мікросмужкова антена (пропонована антена) була розроблена та перевірена на підкладці Rogers RT5880 з розмірами 10 мм x 10 мм з діелектричною проникністю 2,2, тангенсом втрат 0,0009 і товщиною 1,57 мм за допомогою програмного забезпечення інструменту комп’ютерного моделювання (CST) 2019. Результати показують, що антена демонструє зворотні втрати нижче – 10 дБ у діапазоні від 26-70 ГГц і резонувала на кількох частотах 29; 32,8; 42; 47; 56,6 і 66 ГГц. Підсилення змінюється від 6 до 11,9 дБ з максимальним отриманим значенням на частоті 70 ГГц, антена демонструє широку діаграму спрямованості на обох резонансних частотах 32,8 і 56,6 ГГц, а реалізоване посилення становить 7,24 дБ та 8,72 дБ на обох частотах відповідно, отже, змодельовані результати зворотних втрат, посилення, Діаграма спрямованості випромінювання та реалізоване посилення показують здатність суперширокосмугової антени відповідати додаткам 5G ммВт.

In this paper, a novel wide band monopole antenna is designed to operate at the millimetric wave (mmW) frequency band with impedance bandwidth of 26-70 GHz for 5G wireless communication applications. First of all a conventional antenna is designed on full ground then it designed on partial ground with size 5mm x 10mm but both designs didn’t achieve bandwidth of 50 GHz-55 GHz, The conventional antenna is a simple rectangular patch antenna with compact size 5 mm x 6.5 mm. In order to generate the wideband width of 26-70 GHz a proposed antenna is designed. The design composed of rectangular patch antenna with edgecut technique (making slots at the corner of the patch) and introduced on partial ground plane for an improved impedance matching. The suggested microstrip antenna (proposed antenna) has been designed and examined on Rogers RT5880 substrate with dimensions 10 mm x 10 mm with dielectric constant 2.2, loss tangent 0.0009 and thickness of 1.57 mm using computer simulation tool (CST) software 2019. The results reveal that the antenna shows a return loss under – 10 dB over a range from 26-70 GHz and resonated at multiple frequencies 29 GHz, 32.8 GHz, 42 GHz, 47 GHz, 56.6 GHz, and 66 GHz. The gain varies from 6 dBi to 11.9 dBi with maximum obtained value at the frequency of 70 GHz, the antenna exhibits a broadside radiation pattern at both resonant frequencies 32.8 GHz and 56.6 GHz and realized gain are 7.24 dBi and 8.72 dBi at both frequencies respectively therefore the simulated outcomes of return loss, gain , radiation pattern and realized gain show the ability of the super wideband antenna to suit 5G mmW applications.