Dual-Band Silo-Slotted Antenna with Equivalent Circuit Model for 5G mm-wave Applications

Abstract

У статті розглядається розробка та тонке налаштування MPA (мікросмужкової патч-антени) α - мм-хвиль, що має силосні щілини. Початкові параметри конструкції обчислюються за допомогою встановлених формул, що стосуються конструкції патч-антени. Антена моделюється на підкладці зі специфічними властивостями матеріалу, використовуючи матеріал підкладки Rogers 5058, який характеризується (Ɛr) 2,2 і дотичними втратами 0,0009. Проведено порівняльний аналіз, щоб продемонструвати змодельовану продуктивність представленої силосної антени з використанням HFSS з моделлю її еквівалентної схеми, реалізованою в AWR. Це передбачає ретельне налаштування компонентів для досягнення бажаних характеристик. У статті простежуються еволюційні фази конструкції антени, підкреслюються геометричні модифікації та зміни площини заземлення. Крім того, у ньому докладно розглядаються резонансні частоти антени та пропонується порівняльна оцінка параметра S11 між симуляціями AWR та HFSS, виявляючи сильне узгодження. Запропонована антена має привабливий розмір 14 мм x 12 мм і працює в подвійних робочих діапазонах, що резонують на частотах 28,1 та 37,9 ГГц. Варіації підсилення для різних проектних ітерацій ретельно вивчаються, і, нарешті, досягаються пікові підсилення 5,2 та 6,5 дБі для запропонованої антени на робочих частотах 28 та 37,9 ГГц відповідно разом із діаграмами спрямованості в площинах E та H на різних частотах. Антена підходить для додатків 5G, що підтримують діапазони 28/38 ГГц у міліметровому спектрі.

This article explores the development and fine-tuning of α mm-wave MPA (microstrip patch antenna) featuring silo slots. The starting design parameters are computed using established formulas relevant to patch antenna construction. The antenna is simulated on a substrate with specific material properties, utilizing Rogers 5058 substrate material characterized by a (Ɛr) of 2.2 and a tangent-loss of 0.0009. A comparative analysis is conducted to showcase the simulated performance of the presented silo-antenna using HFSS with its equivalent circuit model implemented in AWR. This involves meticulous adjustment of components to achieve the desired characteristics. The article traces the evolutionary phases of the antenna's design, highlighting geometric modifications and alterations to the ground plane. Further, it elaborates on the resonant frequencies of the antenna and offers a comparative assessment of the S11 parameter between AWR and HFSS simulations, revealing strong agreement. The proposed antenna maintains an attractive size of 14 mm x 12 mm and it operates at dual operating bands resonating at 28.1 GHz and 37.9 GHz. Variations in gain for different design iterations are scrutinized and finally the peak gains of 5.2 dBi and 6.5 dBi are attained for the suggested antenna at the operating frequencies of 28 and 37.9 GHz, respectively along with desired radiation patterns in E and H planes at distinct frequencies. The suggested antenna is suitable for 5G applications supporting 28/38 GHz bands in mm-wave spectrum.