A Low-profile Wideband Two Ports MIMO Antenna Working at 38 GHz for mm-wave 5G Applications

Abstract

Розроблений для збільшення швидкості та ємності, 5G має потенціал для значного розширення способів обробки та транспортування даних, а також забезпечить широкий спектр нових галузей використання, які виходять далеко за рамки смартфонів, на які вже націлені технології 3G і 4G. Ця стаття присвячена розробці нових антенних технологій для зв’язку 5G міліметрового діапазону. У цьому напрямку пропонується нова двопортова антена з кількома входами і багатьма виходами (MIMO), що працює в мм-діапазоні для підтримки зв’язку 5G на частоті 38 ГГц. Запропонована конфігурація MIMO має розмір 43 x 25 мм2 і надрукована на матеріалі підкладки FR4 товщиною 0,8 мм, тангенсом діелектричних втрат 0,02 і відносною діелектричною проникністю 4,4. Використовуючи комбінації слотів прямокутної та трикутної форми в елементи накладки та часткову площину заземлення з прямокутним слотом, бажана робота діапазону досягається з розширеним посиленням і пропускною здатністю. Запропонована нами антена має смугу пропускання 3,38 ГГц (36,8 ГГц-40,18 ГГц) у бажаному діапазоні додатків 5G з ізоляцією менше ніж – 24 дБ і підсиленням 4,85 дБі на 38,5 ГГц. Пропонована антена MIMO за своїми параметрами може охопити діапазон багатьох країн, наприклад Великобританію (37-40), США (37-37,6), Канаду (37,6-40,0) та Австралію (39 ГГц).

Designed for increased speed and capacity, 5G has the potential to significantly expand the way the data will be processed and transported, and will allow a wide range of new use cases, which go far beyond the smartphone, already targeted by the 3G and 4G technologies. The present paper focused on the development of new antenna technologies for millimeter waves 5G communications. In this direction, a new two-ports Multiple Input Multiple Output (MIMO) antenna functioning in the mm-wave band is proposed in this paper to support 5G communications at 38 GHz. The proposed MIMO configuration has a size of 43 x 25 mm2 is printed on FR4 substrate material with a 0.8 mm thickness, a dielectric loss tangent of 0.02 and a relative permittivity of 4.4. By incorporating combinations of rectangular and triangular shaped slots into the patch elements and a partial ground plane with a rectangular slot, the desired band operation is achieved with enhanced gain and bandwidth. The considered antenna in this paper has a bandwidth of 3.38 GHz (36.8 GHz40.18 GHz) in the desired band of 5G applications with isolation less than – 24 dB and peak gains of 4.85 dBi at 38.5 GHz. The proposed MIMO antenna covers many countries band like UK (37-40), USA (37-37.6), Canada (37.6-40.0) and Australia (39 GHz).