Performance Evaluation of Compact Microstrip Antenna Design for 5G Wireless Applications

Abstract

У статті представлені дані дослідження невеликої (12 x 12 x 0,8) мм3 мікросмужкової антени. ЇЇ конструкція підвищує характеристики мікрохвильових ланцюгів, такі як вузька смуга пропускання, посилення, зменшені зворотні втрати, VSWR, а також покращує розподіл струму тощо. Пропонована антена побудована на платі Rogers RT Duroid 5880 товщиною 0,8 мм і має діелектрична проникність (ɛr = 2,2). Він призначений для роботи в діапазоні частот від 28 ГГц до 32,5 ГГц. Щоб покращити характеристики випромінювання запропонованої конструкції антени, прямокутні щілини з технікою вставного живлення були створені з випромінювальної ділянки для зміни розподілу струму. Пропонована антена має смугу пропускання 4 ГГц і робочий діапазон частот від 28 ГГц до 32,5 ГГц. Через це запропонована конструкція антени є компактною та підходить для більших частотних діапазонів. Результати моделювання демонструють, що модель антени є точною. Вимірювання продуктивності, такі як зворотні втрати, підсилення та VSWR, покращилися. Усе необхідне моделювання виконується з використанням електромагнітного симулятора Ansys HFSS, а також виконується комплексне порівняльне дослідження на основі наявних антен. Запропонована антена забезпечує високий коефіцієнт підсилення для потрібного діапазону частот, має VSWR менше двох і має гарне узгодження імпедансу на |S11| < – 10 дБ. Рекомендовану антену можна використовувати для високочастотних програм 5G, оскільки вона резонує на частотах міліметрових хвиль. Ці видатні результати вказують на те, що запропонована антена буде респектабельним варіантом для програм 5G мм-хвиль.

This research endeavor sought to explore a small (12 x 12 x 0.8) mm3 microstrip patch antenna. This design boosts the characteristic of microwave circuits, such as narrow bandwidth, gain, reduced return loss, VSWR, also enhance the current distribution, etc. The proposed antenna is built on a Rogers RT Duroid 5880 board of 0.8 mm in thickness and exhibits a dielectric constant of (ɛr = 2.2). It is intended to work in the frequency range of 28 GHz to 32.5 GHz. To improve the radiation performance of the suggested antenna structure, rectangular slots with inset feed technique have been created from the radiating patch for the change of current distribution. The proposed antenna has a 4 GHz bandwidth and operating frequency range is 28 GHz to 32.5 GHz. Because of this, the suggested antenna design is compact and suitable for greater frequency ranges. The simulation outcomes demonstrate that the antenna model is accurate. Performance measurements like return loss, gain, and VSWR have improved. All necessary simulations are carried out using the EM simulator Ansys HFSS, and a comprehensive comparative study based on the present antennas is accomplished. The suggested antenna achieves high gain for the desired frequency band, has a VSWR of less than two, and has good impedance matching at |S11| < – 10 dB. The recommended antenna can be used for 5G high-frequency applications because it resonates at millimeter wave frequencies. These outstanding outcomes indicate that the suggested antenna would be a respectable option for 5G mm-wave applications.