Investigation of Equivalent Circuit Model for a 5G Microstrip Patch Antenna

Abstract

В останні роки ми спостерігаємо експоненціальний розвиток нових додатків та технологій у галузі охорони здоров’я, ЗМІ, промисловості, транспорту, енергетики. Ця еволюція йде рука об руку з появою нових послуг, пов’язаних зі збільшенням кількості зв’язаних об’єктів. Зіткнувшись з цими викликами, настає нова ера з новим стандартом мобільних телекомунікаційних систем, так званою технологією 5G. Робота представляє дослідження моделі еквівалентної схеми для мікросмугової патч-антени 5G. Метою даної роботи є моделювання антени з електричною схемою. Для цього запропонована антена була сконструйована двома методами, а потім порівняно коефіцієнти S11. По-перше, антена була розроблена програмним забезпеченням HFSS (High Frequency Structure Simulator). Потім та сама антена була спроектована за допомогою еквівалентної схеми, використовуючи інструмент оптимізації в програмному забезпеченні ADS (Advanced design system). Результати, отримані від двох програм, порівнювали за коефіцієнтом відбиття, тобто S11. Було продемонстровано, що результати ADS добре узгоджуються з результатами HFSS. В роботі обговорюються і інші параметри, такі як VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), E-площина і H-площина запропонованої антени, а також реальна та уявна частини вхідного опору антени. З результатів моделювання можна зробити висновок, що запропонована еквівалентна схема підтверджена за допомогою моделювання.

In recent years, we are witnessing an exponential development of new applications and technologies in the fields of health, media, industry, transport, energy. This evolution goes hand in hand with the emergence of new services related to a multiplication of connected objects. Faced with these challenges, a new revolution is coming with a new standard of mobile telecommunications systems, referred to as 5G technology. This work presents an investigation of an equivalent circuit model for a 5G microstrip patch antenna. The purpose of this paper is to model an antenna with electrical circuit. In this direction, the proposed antenna was designed by two methods then compared in term of S11. Firstly, the antenna was designed by HFSS (High Frequency Structure Simulator) software. Then, the same antenna was designed by an equivalent circuit by using the optimization tool in ADS (Advanced design system) software. The results obtained from the two softwares were compared in terms of the reflection coefficient, i.e., S11. It has been demonstrated that the results from ADS are in good agreement with those from HFSS. Other parameters are discussed in this paper such as VSWR (Voltage Standing Wave Ratio), E-plane and H-plane of the proposed antenna and real and imaginary part of input impedance of the proposed antenna. From simulation results, we can conclude that the proposed equivalent circuit is validated by mean of simulations.