Design and Performance Improvement of a 3.5 GHz Elliptical Patch Antenna for 5G Sub-6 GHz/WiMAX Applications

Abstract

У цьому дослідженні розроблено та змодельовано компактну еліптичну мікросмужкову патч-антену з еліптичним прорізом та дефектною опорною структурою (DGS) еліптичної форми, з використанням CST Microwave Studio, для 5G у Sub-6 ГГц діапазоні та WiMAX. У конструкції використано підкладку Rogers RT 5880 з розмірами 48 × 25,2 мм², а живлення антени здійснюється через мікросмужкову лінію. Як патч, так і земляна площина мають еліптичну форму, орієнтовану у протилежних напрямках, що дозволяє покращити параметри роботи антени. Антена резонує на частоті 3,5 ГГц і працює у діапазоні 3,28 – 3,79 ГГц, забезпечуючи широку смугу пропускання 510 МГц, яка охоплює основні діапазони 5G Sub6 ГГц і WiMAX. Ключові характеристики: Пікове підсилення: 6,141 дБ, ККД випромінювання: 94,7% при 3,5 ГГц. Результати моделювання демонструють, що еліптична патч-антена з еліптичним щілинним отвором на патчі та еліптичним дефектом на опорній площині забезпечує покращену продуктивність, роблячи її перспективною для застосування в мережах 5G Sub-6 ГГц і WiMAX.

In this study, a small elliptical slotted elliptical microstrip patch antenna with a defected ground struc-ture in elliptical form is designed and simulated using CST Microwave Studio software for 5G Sub-6 GHz and WiMAX applications. The proposed design utilizes Rogers RT 5880 as the substrate with dimensions of 48  25.2 mm² and the antenna is excited using a microstrip feed line. The ground plane and patch both have elliptical forms oriented in opposite directions are used to improve the performance parameters of the antenna. The antenna resonates at 3.5 GHz and operates within the frequency range of 3.28 GHz to 3.79 GHz, achieving a wide bandwidth of 510 MHz which covers the most commonly used 5G Sub-6 GHz and WiMAX bands, a peak gain of 6.141 dB, and a radiation efficiency of 94.7% at 3.5 GHz. These simulation results show that the proposed elliptical patch antenna with elliptical slot on the patch plane and defected ground structure in elliptical form offers improved performance, making it a suitable candidate for 5G Sub-6 GHz and WiMAX applications.