Circularly Polarized Exotic Tri-Shakti Shaped Patch Antenna for 5G Millimeter Wave Communication Systems

Abstract

Для систем зв’язку 5G пропонується компактна одношарова антена міліметрового діапазону з круговою поляризацією (СР). Антена збуджується мікросмужковою лінією. Його дизайн подібний до форми Exotic Tri Shakti (L = 35,44 мм, W = 45,65 мм), яка поєднує в собі три різні форми: Трішул, Ом і Свастик. Основною метою цього дослідження є розробка CP-антени. Антена розроблена з використанням матеріалу підкладки RT/Duroid 5880 (ɛr = 2,2). Вибір цього матеріалу підкладки має вирішальне значення для досягнення бажаних характеристик антени. Запропонована антена демонструє кілька резонансних частот із максимальним посиленням, створюваним антеною, 15,03 дБі, 14,51 дБі та 14,27 дБі на частотах 40,42 ГГц, 41,38 ГГц та 53,43 ГГц відповідно та максимальною ефективністю 99 % на частоті 30,41 ГГц (КСВН ≤ 2). Максимальна смуга пропускання імпедансу становить 3,05 ГГц для діапазону частот (25 ГГц-60 ГГц), а ширина смуги осьового відношення становить 60 МГц і 13 МГц на частотах 40,42 ГГц і 57,19 ГГц відповідно.

A circular polarization (CP) compact single-layer millimeter-wave antenna is proposed for 5G communication systems. The antenna is excited by a microstrip line. Its design is inspired by the Exotic Tri Shakti shape (L = 35.44 mm, W = 45.65 mm), which combines three different shapes: Trishul, Om and Swastik. The primary objective of this research is to design a CP antenna. The antenna is designed using RT/Duroid 5880 (ɛr = 2.2) substrate material, The choice of this substrate material is crucial in achieving the desired antenna performance. The proposed antenna shows multiple resonant frequencies with the max gain produced by the antenna are 15.03 dBi, 14.51 dBi, and 14.27 dBi at frequencies 40.42 GHz, 41.38 GHz and 53.43 GHz respectively and the max efficiency of 99 % at the frequency 30.41 GHz (VSWR ≤ 2). The max impedance bandwidth is 3.05 GHz for the frequency range (25 GHz-60 GHz) and the Axial ratio bandwidths are 60 MHz and 13 MHz at frequencies 40.42 GHz and 57.19 GHz respectively.