Design of a Planar Multi-band Antenna Array based on Split Ring Resonator for WiMAX and 5G Sub-6GHz Applications

Abstract

У цій статті запропонована техніка, заснована на прямокутних кільцевих резонаторах (SRR), яка використовується для дослідження нової багатодіапазонної конструкції антенної решітки. Проаналізовані результати моделювання. Запропонований випромінювач антени встановлений на недорогій підкладці FR4 загальною площею 154 x 70 мм2. Антенна решітка на основі SRR забезпечує трисмуговий резонанс із високими характеристиками підсилення. Резонансні частоти, зворотні втрати та діаграми спрямованості обчислюються одночасно з використанням низки результатів моделювання, які підтверджують застосовність створеної моделі. Для моделювання використовується електромагнітне рішення на основі MOM, включене в ADS. Повний спектр N77/N78/N79 охоплює багатодіапазонна антенна решітка, перевірена за S11 ≤ – 10 дБ для трьох робочих частотних діапазонів 3,5; 4 і 4,22 ГГц з високим коефіцієнтом підсилення 6,4, 6,8 і 7,25 дБі, відповідно. Вона підтримує бездротові мережі LTE, WiMAX і WLAN, а також спектр 5G, що працює на частотах нижче 6 ГГц. Антена демонструє переваги, такі як плоский профіль, невелика площа, симетризована поведінка випромінювання та хороший коефіцієнт підсилення, може бути обрана як перспективний кандидат для використання в сучасних послугах бездротового зв’язку в мікрохвильовому S-діапазоні в діапазоні нижче 6 ГГц.

In this paper, a novel technique based on rectangular shaped split ring resonators (SRRs) is used to examine a new multiband antenna array design. The analysis of simulation results is shown and described in this article. The suggested antenna radiator is mounted on a low cost FR4 substrate having an overall area of 154 x 70 mm2. The proposed SRRs based array antenna offers triple band resonances with high gain characteristics. The resonant frequencies, return loss, and radiation patterns are calculated concurrently using a number of simulation results that support the applicability of the created model. An electromagnetic solution based on MOM, included into ADS is used for the simulation. The full N77/N78/N79 spectrum is covered by the multiband array antenna which is validated with S11 ≤ –10 dB for three operating frequency bands at 3.5 GHz, 4 GHz, and 4.22 GHz with high gains of 6.4, 6.8, and 7.25 dBi, respectively. It supports LTE, WiMAX, and WLAN wireless network systems, as well as the 5G spectrum operating below 6 GHz. The investigated antenna exhibits distinguishing qualities like a planar profile, a small footprint, symmetrized radiation behavior, and a good gain. The investigated multiband antenna can be of choice as a promising candidate to be used in modern wireless communication services within microwave S-band under sub-6 GHz spectrum.