The Design of Low-Profile, High Gain Meta-Surface Based Microstrip Antenna for 5G Wireless Communication Systems

Abstract

У цій статті представлено компактну, непомітну антену, розроблену для бездротового зв’язку 5G, яка використовує метаповерхню широкого спектру. Запропонована антена використовує епоксидну підкладку FR4 з діелектричною проникністю 4,4 і товщиною 1,6. Він створений для резонансу на частоті 34 ГГц для метаповерхневого радіатора. Використовуючи HFSS, запропонований випромінювач копіюється для оцінки функціональності антени з відповідними робочими характеристиками. Метаповерхнева антена має смугу пропускання від 28 ГГц до 41 ГГц, максимальний коефіцієнт відбиття 50 дБ, використовує низькопрофільну антену з розмірами 2,27λ0 x 2,27λ0 x 0,186λ0, кінцеві результати були розроблені. і виміряно. Вимірювання показують, що рекомендована антена забезпечує імпеданс смуги пропускання 10 дБ, що супроводжується посиленням від 9 до 10 дБі та оптимальним осьовим співвідношенням. Ефективність цієї непомітної мікросмужкової антени з високим коефіцієнтом посилення в першу чергу залежить від параметрів її випромінювання. Метаповерхня відіграє вирішальну роль у регулюванні випромінювальних властивостей, створюючи жорсткі робочі умови для запропонованої антени. Згідно з передовими технологіями, системи зв’язку вимагають додаткових ресурсів і випромінювання з круговою поляризацією для комплексної роботи антен 5G. Метаповерхня може бути налаштована для оптимізації підсилення та зміни діаграми спрямованості, покращуючи як пропускну здатність, так і посилення.

This article introduces a compact, inconspicuous antenna designed for 5G wireless communications, utilizing a broad-spectrum meta surface. The suggested antenna employs an FR4 epoxy substrate with a dielectric constant of 4.4 and a thickness of 1.6. It is engineered to resonate at a frequency of 34 GHz for the meta surface radiator. Employing HFSS, the proposed radiator is replicated to assess the antenna's functionality with appropriate operational characteristics. The meta surface antenna exhibits a bandwidth spanning 28 GHz to 41 GHz, featuring a maximum reflection coefficient of 50 dB, utilizing a low-profile antenna with dimensions of 2.27λ0 x 2.27λ0 x 0.186λ0, the final outcomes were both designed and measured. The measurements reveal that the recommended antenna achieves a 10 dB impedance bandwidth, accompanied by a gain of 9 to 10 dBi and an optimal axial ratio. The performance of this unobtrusive, highgain microstrip antenna is primarily contingent on its radiating parameters. The meta surface plays a crucial role in regulating radiating properties, creating stringent operating conditions for the proposed antenna. In line with cutting-edge technology, communication systems demand additional resources and circular polarized radiation for the comprehensive operation of 5G antennas. The meta surface can be configured to optimize gain and reshape the radiation pattern, enhancing both bandwidth and gain.