Dual Band CSRR Loaded Crescent Slotted Circular Patch MIMO Antenna

Abstract

У цьому документі представлено аналіз 4-елементної конфігурації MIMO дводіапазонної CSRRнавантаженої круглої щілинної антени з півмісяцем. Основним випромінювачем пропонованої антени є логотип інституту автора. Конструкція первинного радіатора відповідає фіксованій геометрії, яка включає півмісяць, щілини у формі зірки та шлицевий розріз. Невизначені структури в логотипі є основною проблемою для отримання бажаної резонансної частоти. CSRR, вигравіруваний на площині заземлення антени, допомагає досягти бажаного резонансу на 2,15 ГГц і 2,4 ГГц. 4-елементна конфігурація MIMO пропонується для обслуговування програм з високою швидкістю передачі даних. Коли чотири подібні елементи антени розміщені на одній підкладці, CSRR також забезпечує високу ізоляцію. Для розробки компактного MIMO відстань між елементами антени зберігається мінімальною. Таким чином, відстань між елементами антени підтримується рівною λ/4, щоб пом’якшити вплив багатопроменевого поширення, а також мінімізувати перешкоди між елементами антени. Повна антена розроблена на підкладці FR4 (ɛr = 4,4). Моделювання виконується за допомогою Ansys HFSS 2023 R2. Розроблено та випробувано дослідний зразок розробленої антени. Виміряні зворотні втрати значно нижчі за 10 дБ, а посилення становить 6,28 дБ при резонансі 2,4 ГГц. Аналіз MIMO антени показує високу ізоляцію між елементами (< – 13 дБ), низький коефіцієнт кореляції огинаючої (0,00008) і високе підсилення спрямованості (> 9,995). Отримані результати підтвердили, що запропонована антена добре підходить для додатків Wi-Fi, bluetooth і Zigbee.

The analysis of the 4 element MIMO configuration of a dual band CSRR loaded crescent slotted circular patch antenna is presented in this paper. The primary radiator of the proposed antenna is the logo of the author’s institute. The design of primary radiator follows a fixed geometry, which includes the crescent slot, star shaped slots and a spline split. The undefined structures in the logo are the main challenge to obtain the desired resonance frequency. The CSRR etched at the ground plane of the antenna helps to attain the desired resonance at 2.15 GHz and 2.4 GHz. The 4 element MIMO configuration is proposed to serve the high data rate applications. When four similar antenna elements are placed on the single substrate, the CSRR provides high isolation too. To design the compact MIMO, the distance between the antenna elements is kept as minimum. Hence the distance between the antenna elements is maintained as λ/4 to mitigate the effects of multipath propagation as well as to minimize the interferences between the antenna elements. The complete antenna is designed on the FR4 substrate (ɛr = 4.4). The simulations are carried out using Ansys HFSS 2023 R2. The prototype of the designed antenna is developed and tested. The measured return loss is well below the 10 dB and the gain is 6.28 dB at 2.4 GHz resonance. The MIMO analysis of the antenna shows high isolation between the elements (< – 13 dB), low envelope correlation co-efficient (0.00008) and high directive gain (> 9.995). The obtained results ensured that the proposed antenna is well suited for Wi-Fi, bluetooth and Zigbee applications.