Design of a UWB Coplanar Antenna with Step Graded Ground Plane for 5G and Modern Wireless Communication Applications

Abstract

У цій статті розглядається широкосмугова компланарна прямокутна патч-антена для 5G і програм бездротового зв’язку нижче 6 ГГц. Запропонована конструкція антени складається з прямокутного патча з живленням CPW з частковою площиною заземлення, завантаженою прорізами у формі сходів. Змодельовані результати демонструють, що досліджувана антена має робочий діапазон у діапазоні від 3 ГГц до 6 ГГц із |S11| ≤ 10 дБ, що охоплює весь діапазон N77/N78/N79 для 5G нижче 6 ГГц, а також кілька сучасних систем бездротового зв’язку, включаючи WiMAX, WLAN і довгострокову еволюцію (LTE). Крім того, різні процедури можуть бути використані для розробки та узгодження цієї антени для додаткових діапазонів частот. Досліджувана антена має стійку двонаправлену спрямованість випромінювання, високе посилення та ефективність. Проектована структура має загальний розмір 31,84 x 26,06 мм2 і розроблена з дешевою підкладкою типу FR4 з відносною діелектричною проникністю 4,4. Запропонована антена має мініатюрні розміри та хороші електричні характеристики. Запропонована антена розроблена та змодельована за допомогою системи вдосконаленого проектування комп’ютерного моделювання (ADS). Він представляє потенційний інтерес через його симетричну поведінку випромінювання, крихітний слід і плоску форму. Досліджувана антена може бути перспективним вибором для використання в 5G для діапазонів нижче 6 ГГц і сучасних системах бездротового зв’язку через її чудові параметри продуктивності.

This article covers a wideband coplanar rectangular patch antenna for 5G and wireless communication applications below 6 GHz. The proposed antenna design comprises of a rectangular CPW fed patch with a partial ground plane loaded with stair-case shaped slots. The simulated results demonstrate that the studied antenna has working band that ranges from 3 GHz to 6 GHz with |S11| ≤ 10 dB, covering the whole N77/N78/N79 band for 5G sub-6 GHz as well as several modern wireless communication systems including WiMAX, WLAN and long-term evolution (LTE). In addition, the various procedures can be utilized to design and match this antenna for additional frequency bands. The examined antenna displays steady bidirectional radiation patterns, high gain, and efficiency. The projected structure has an overall size of 31.84 x 26.06 mm2 and it is designed with a cheap FR4 type substrate of 4.4 relative dielectric constant. The suggested antenna has a miniaturized dimensions and good electrical performances. The proposed antenna is developed and simulated using Computer Simulation Advanced Design System (ADS). It is of potential interests because of its symmetrical radiation behavior, tiny footprint, and planar form. The investigated antenna may be a prospective choice for usage in 5G for sub 6 GHz bands and current wireless communication systems due to its superior performance parameters.