Highly-Isolated Compact Quad-Lobed UWB MIMO Antenna with Hexagonal Slot for Enhanced 5G and Industrial IoT Applications

Abstract

Для вирішення критичних проблем, пов'язаних з покращенням ізоляції в MIMO-антенах, пропонується компактна чотирипелюсткова шестигранна кільцева щілинна надширокосмугова (UWB) антена з кількома входами та кількома виходами (MIMO) розмірами 1,680  1,680  0,06750. Для покращення ізоляції між випромінюючими елементами впроваджено кільце взаємної редукції зв’язку (MCRR). У конструкції використовуються інноваційні методи, включаючи використання шестигранних кільцевих щілин, для досягнення розширеної смуги пропускання імпедансу 17,1 ГГц. Були оцінені ключові показники продуктивності, такі як коефіцієнт відбиття (S11 = – 10 дБ), ізоляція (S21 = – 20 дБ) та параметри рознесення. Антена демонструє виняткову продуктивність, включаючи максимальну |S11| 44,7 дБ на частоті 9,6 ГГц, пікове посилення 9,5 дБі, ECC  0,0025, TARC  –10 дБ та посилення рознесення близько 10 дБ. Широка смуга пропускання імпедансу та компактний форм-фактор роблять цю конструкцію універсальною для інтеграції в сучасні системи зв’язку, такі як системи автомобільного зв’язку, інтелектуальне медичне обладнання, забезпечуючи надійну та високошвидкісну передачу даних. Крім того, проста структура та ефективний дизайн антени мінімізують складність виготовлення, що робить її економічно ефективним рішенням для сучасних бездротових систем. Її адаптивність до кількох діапазонів частот забезпечує безперебійну роботу в сенсорних мережах та автономних системах.

A compact Quad-Lobed Hexagonal Ring Slotted Ultra-Wideband (UWB) Multiple-Input Multiple-Output (MIMO antenna), featuring dimensions of 1.680  1.680  0.06750, is proposed to address the critical challenges associated with improving isolation in MIMO antennas. A Mutual Coupling Reduction Ring (MCRR) is introduced to improve the high isolation among the radiating elements. The design employs innovative techniques, including the use of hexagonal ring slots, to achieve an extended impedance bandwidth of 17.1 GHz. Key performance metrics such as a reflection coefficient (S11  – 10 dB), isolation (S21  – 20 dB), and diversity parameters have been thoroughly evaluated. The antenna demonstrates exceptional performance, including a maximum |S11| of 44.7 dB at 9.6 GHz, a peak gain of 9.5 dBi, ECC  0.0025, TARC  – 10 dB, and a diversity gain around 10 dB. The wide impedance bandwidth and compact form factor make this design versatile for integration into modern communication systems, such as vehicular communication systems, smart healthcare equipment, ensuring reliable and high-speed data transmission. Additionally, the antenna's simple structure and efficient design minimize fabrication complexity, making it a cost-effective solution for modern wireless systems. Its adaptability across multiple frequency bands ensures seamless operation in sensor networks and autonomous systems.