Modeling a Square Slotted Antenna for 5G Applications using an Equivalent Circuit Approach

Abstract

У статті представлено еквівалентну схему для конструкції патч-антени з квадратними щілинами для мобільних додатків 5G. Еквівалентна схема для антени може бути виконана у вигляді резонансного LC-ланцюга або моделі лінії передачі. Ці моделі можна використовувати для визначення резонансної частоти, смуги пропускання та діаграми спрямованості антени. Мережі узгодження також можуть бути розроблені за допомогою еквівалентної схеми для узгодження імпедансів антени та приймача. Цей аналіз антени може запропонувати цінну інформацію про її поведінку, служачи основою для більш ретельного дослідження. Антена була розроблена та змодельована на підкладці FR4, що має відносну діелектричну проникність ɛr 4,3, і має розмір 4,5 x 5,2 x 0,3 мм3. У запропонованій конструкції мікросмужкова лінія 50Ω живить випромінювальну ділянку з квадратними щілинами, а дільники потужності з’єднують два елементи. У рамках технології 5G вкрай важливо досягти високої пропускної здатності зі зменшеними втратами та покращеними приростами. У цьому дослідженні використовуються AWR і HFSS для моделювання та проектування мікросмужкової антени з квадратними щілинами, а результати порівнюються з точки зору посилення та S11. Запропонована конструкція може допомогти в розробці високоефективних антенних систем 5G.

The emergence of 5G technology is expected to significantly impact high-bandwidth wireless applications, making efficient antenna designs essential. This research paper presents an equivalent circuit for a squareslotted patch antenna design for 5G cellular applications. Indeed, the equivalent circuit for an antenna can be represented by a simple circuit model, such as a resonant LC circuit or a transmission line model. These models can be used to determine the resonance frequency, bandwidth, and radiation pattern of the antenna. Matching networks can also be designed using the equivalent circuit to match the antenna and receiver impedances. This analysis of the antenna can offer valuable insights into its behavior, serving as a foundation for a more extensive investigation. The antenna has been designed and simulated on an FR4 substrate featuring a relative permittivity ɛr of 4.3, and it is sized at 4.5 x 5.2 x 0.3 mm3. In the proposed design, a 50Ω microstrip line feeds a square-slotted radiating patch, and power dividers join the two elements. As part of 5G technology, it is crucial to achieve high bandwidth with reduced losses and improved gains. This study employs AWR and HFSS to simulate and design the square-slotted microstrip patch antenna, and in terms of gain and S11, the results are compared. The proposed design has the potential to contribute to the development of high-performance 5G antenna systems.