Design of Parasitic Patch Integrated High Isolation Compact Super Wideband (26 GHz-50 GHz) MIMO Antenna for 5G Applications

Abstract

Антена з декількома входами та декількома виходами (MIMO) є важливим компонентом для використання в системах зв’язку п’ятого покоління (5G), щоб задовольнити вимоги високої швидкості передачі даних і пропускної здатності каналу для технології 5G. Однак характеристики антени пропорційно погіршуються через високі взаємні перешкоди між елементами антени. У цій статті представлено компактну мультирезонансну та надширокосмугову антену MIMO з високими характеристиками ізоляції для додатків 5G мм-хвиль. Спочатку була розроблена монопольна антена з широким діапазоном і дуже компактними розмірами. Пізніше була розроблена антена MIMO з трьома портами. Для покращення ізоляції між випромінюючими елементами, прості прямокутні L-подібні та прямокутні паразитні елементи врізані між MIMO-елементами. Запропонована конфігурація покращує ізоляцію менше ніж на – 20 дБ для робочого діапазону. Запропонована рентабельна мініатюризована МІМО антена на підкладці FR-4, конструкція якої має мініатюрний розмір (14.5 x 10.5 x 0.58 mm3). Усі параметри продуктивності досягаються шляхом моделювання за допомогою програмного забезпечення HFSS. Представлена MIMO антена забезпечує привабливі характеристики з точки зору мініатюрних розмірів, мультирезонансних частот, надширокосмугової роботи та високих характеристик ізоляції. Антена працює в надширокій смузі від 26 до 50 ГГц з високою ізоляцією менше, ніж – 15 дБ по всій смузі інтересів. Коефіцієнт посилення антени MIMO коливається від 4 до 6 дБ.

Multiple-input multiple-output (MIMO) antenna is a vital component to be used in fifth-generation (5G) communication systems to satisfy the requirements of high data rate and channel capacity for 5G technology. However, the antenna performances are proportionately degraded due to high mutual coupling interference between the antenna elements. This article presents a compact multi-resonant and super wideband MIMO antenna with high isolation characteristics for 5G mm-wave applications. Initially, a monopole antenna with wide band and very compact size was designed. Later, three ports MIMO antenna has been developed in order to satisfy the requirements for the 5G mm-wave applications. To improve the isolation among radiating elements, simple rectangular L-shaped and rectangular parasitic elements are graved between MIMO-element. The proposed configuration improves isolation less than – 20 dB for the desired operating band. The proposed FR-4 substrate based cost-effective MIMO antenna is well miniaturized with superior characteristics. Тhe intended MIMO antenna design has a miniaturized dimension of (14.5 x 10.5 x 0.58 mm3). All performance parameters are achieved through simulation using HFSS software. The presented MIMO antenna provides attractive performance in terms of miniaturized size, multi-resonant frequencies, super wideband operation, and high isolation characteristics. The suggested MIMO antenna operates covering a super wide band from 26 GHz to 50 GHz with high isolation of less than – 15 dB throughout the band of interest. The gain offered by the MIMO antenna varies in between 4 dBi to 6 dBi.