A Compact Two-port MIMO Array Antenna for ISM/5G NR/WLAN Band Applications

Abstract

Системи MIMO (Multi-Input Multi-Output) стали однією з найбільш досліджуваних тем у дослідженнях через їх здатність підвищувати спектральну ефективність (ємність) в обмеженій смузі пропускання. Використання кількох антен призводить до додаткового виміру в ступені множинного доступу до мережі порівняно з випадком з однією антеною і, таким чином, пропонує ефективне рішення для підвищення швидкості передачі даних для майбутніх поколінь стільникового радіотелефонного зв’язку. У статті представлена структура антенної решітки MIMO 2 x 6. Програмне забезпечення HFSS використовується в процесі моделювання розробленої антени. Запропонована структура охоплює діапазон частот від 1,2 до 6,3 ГГц. Для розробки антени використовується тонка підкладка Rogers 5880 RT 54 x 60 x 0,4 мм3. Характеристики MIMO-антени були вивчені як функція певної кількості параметрів, а саме: відстані між елементами MIMO-антени та радіусу щілини в патчі. Результати показують, що зміна цих параметрів впливає на ізоляцію. Конструкція запропонованої антени виконана шляхом фіксації відстані на λ/2 і радіуса на 2,25 мм, таким чином була отримана висока ізоляція між випромінюючими елементами приблизно – 83,8 дБ, що забезпечить надійну захист від перешкод продуктивність для системи. Результати роблять цю антену потенційним кандидатом для застосування 5G у діапазоні нижче 6 ГГц.

MIMO (Multi-Input Multi-Output) systems have become one of the most studied topics in research because of its ability to increase the spectral efficiency (capacity) over a limited bandwidth. The use of multiple antennas leads to an additional dimension in the degree of multiple access to the network compared to the single-antenna case and thus offers an effective solution to increasing data rates for future generations of cellular radiotelephony. In this paper, a 2 x 6 MIMO antenna array structure is presented. HFSS software is used in the simulation process of the designed antenna. The proposed structure covers the frequency band ranging from 1.2 to 6.3 GHz. A thin Rogers 5880 RT substrate of 54 x 60 x 0.4 mm3 is used to design the antenna. The behavior of the MIMO antenna has been studied as a function of a certain number of parameters, namely: the distance separated MIMO antenna elements and the radius of the slot in the patch. The results show that the variation of these parameters affects the isolation. The design of the proposed antenna is done, by fixing the distance at λ/2 and the radius at 2.25 mm, in such a manner we get a high isolation between the radiating elements of about – 83.8 dB which will provide a reliable anti-interference performance for the system. The outcomes make this antenna a potential candidate for 5G application at the sub 6 GHz band.