Компактная многодиапазонная антенна с CPW питанием для систем связи 5G

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021080057

Ключові слова:

антенна 5G, круговая поляризация, FSS, канал с сосредоточенными параметрами, возвратные потери, U-образная щель

Анотація

В статье предложена многодиапазонная антенна с копланарным волноводным питанием для Wi-Fi и 5G приложений. Для получения требуемых частот в работе использовался инновационный метод, включающий в себя использование полос частотного сдвига FSS (frequency shifting strips) и U-образной щели. Для моделирования спроектированной антенны использовано программное обеспечение ANSYS HFSS, где моделирование электромагнитного поля выполнялось методом конечных элементов FEM (finite elements method). Разработанная антенна предназначена для работы в диапазонах частот 5G: 28, 35 и 37 ГГц с максимальным усилением 11,61 дБ и коэффициентом полезного действия 92%. Для проверки эффективности моделированного проекта результаты сравнивались с результатами измерений. В данной работе проведено сравнение характеристик предлагаемой антенны с характеристиками других существующих антенн. В работе представлена информация об усилении антенны, КСВН, распределениях поля, ширине полосы, распределениях поверхностного тока (поля E и H), и других характеристиках разработанной антенны.

Посилання

J. Rendon Schneir et al., “A business case for 5G mobile broadband in a dense urban area,” Telecommun. Policy, vol. 43, no. 7, p. 101813, 2019, doi: https://doi.org/10.1016/j.telpol.2019.03.002.

C. H. Bennett, P. W. Shor, J. A. Smolin, A. V. Thapliyal, “Entanglement-assisted capacity of a quantum channel and the reverse Shannon theorem,” IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 48, no. 10, pp. 2637–2655, 2002, doi: https://doi.org/10.1109/TIT.2002.802612.

S. Catreux, V. Erceg, D. Gesbert, R. W. Heath, “Adaptive modulation and MIMO coding for broadband wireless data networks,” IEEE Commun. Mag., vol. 40, no. 6, pp. 108–115, 2002, doi: https://doi.org/10.1109/MCOM.2002.1007416.

G. F. Khodae, J. Nourinia, C. Ghobadi, “A practical miniaturized U-slot patch antenna with enhanced bandwidth,” Prog. Electromagn. Res. B, vol. 3, pp. 47–62, 2008, doi: https://doi.org/10.2528/PIERB07112201.

M. S. Sharawi, S. K. Podilchak, M. T. Hussain, Y. M. M. Antar, “Dielectric resonator based MIMO antenna system enabling millimetre‐wave mobile devices,” IET Microwaves, Antennas Propag., vol. 11, no. 2, pp. 287–293, 2017, doi: https://doi.org/10.1049/iet-map.2016.0457.

H. Choo, H. Ling, “Design of broadband and dual-band microstrip antennas on a high-dielectric substrate using a genetic algorithm,” IEE Proc. - Microwaves, Antennas Propag., vol. 150, no. 3, p. 137, 2003, doi: https://doi.org/10.1049/ip-map:20030291.

S. F. Jilani, A. Alomainy, “Millimetre-wave T-shaped MIMO antenna with defected ground structures for 5G cellular networks,” IET Microwaves, Antennas Propag., vol. 12, no. 5, pp. 672–677, 2018, doi: https://doi.org/10.1049/iet-map.2017.0467.

S. Jiwasurat, G. Kesidis, “A class of shaped deficit Round-Robin (SDRR) schedulers,” Telecommun. Syst., vol. 25, no. 3/4, pp. 173–191, 2004, doi: https://doi.org/10.1023/B:TELS.0000014780.33289.ad.

A. Ittibipoon, R. K. Mongia, M. Cuhaci, “Low profile dielectric resonator antennas using a very high permittivity material,” Electron. Lett., vol. 30, no. 17, pp. 1362–1363, 1994, doi: https://doi.org/10.1049/el:19940924.

H. R. Stuart, S. R. Best, A. D. Yaghjian, “Limitations in relating quality factor to bandwidth in a double resonance small antenna,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 6, pp. 460–463, 2007, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2007.905018.

Y. Shi, Y. Fan, Y. Li, L. Yang, M. Wang, “An efficient broadband slotted rectenna for wireless power transfer at LTE band,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, no. 2, pp. 814–822, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2882632.

M. S. Alam, M. T. Islam, N. Misran, “A novel compact split ring slotted electromagnetic bandgap structure for microstrip patch antenna performance enhancement,” Prog. Electromagn. Res., vol. 130, pp. 389–409, 2012, doi: https://doi.org/10.2528/PIER12060702.

J. Borah, T. A. Sheikh, S. Roy, “Miniaturization of a CPW-fed dual-band antenna for GSM 1800/1900 and WLAN 5 GHz applications,” Trans. Electr. Electron. Mater., vol. 18, no. 2, pp. 119–123, 2017, doi: https://doi.org/10.4313/TEEM.2017.18.2.119.

J. Borah, T. A. Sheikh, S. Roy, “Compact CPW-fed tri-band antenna with a defected ground structure for GSM, WLAN and WiMAX applications,” Radioelectron. Commun. Syst., vol. 59, no. 7, pp. 319–324, 2016, doi: https://doi.org/10.3103/S0735272716070050.

M. Ali, T. Sittironnarit, H.-S. Hwang, R. A. Sadler, G. J. Hayes, “Wide-band/dual-band packaged antenna for 5–6 GHz WLAN application,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 52, no. 2, pp. 610–615, 2004, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2004.823992.

S. S. Huang, J. Li, J. Z. Zhao, “Compact CPW-fed tri-band antenna for WLAN/WIMAX applications,” Prog. Electromagn. Res. C, vol. 49, pp. 39–45, 2014, doi: https://doi.org/10.2528/PIERC14030501.

K. M. Mak, H. W. Lai, K. M. Luk, “A 5G wideband patch antenna with antisymmetric L-shaped probe feeds,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 66, no. 2, pp. 957–961, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2017.2776973.

H. A. Diawuo, Y.-B. Jung, “Broadband proximity-coupled microstrip planar antenna array for 5G cellular applications,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 17, no. 7, pp. 1286–1290, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2842242.

I. Syrytsin, S. Zhang, G. F. Pedersen, A. S. Morris, “Compact quad-mode planar phased array with wideband for 5G mobile terminals,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 66, no. 9, pp. 4648–4657, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2842303.

C.-X. Mao, M. Khalily, P. Xiao, T. W. C. Brown, S. Gao, “Planar sub-millimeter-wave array antenna with enhanced gain and reduced sidelobes for 5G broadcast applications,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, no. 1, pp. 160–168, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2874796.

W. Wang, X. Liu, Y. Wu, Y. Liu, “A broadband filtering patch antenna using T-probe, transverse stubs, and U-slots,” IEEE Access, vol. 7, pp. 7502–7509, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2889743.

Q. Chen et al., “Single ring slot-based antennas for metal-rimmed 4G/5G smartphones,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 67, no. 3, pp. 1476–1487, 2019, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.2018.2883686.

M. Naser-Moghadasi, R. Sadeghzadeh, L. Asadpor, B. S. Virdee, “A small dual-band CPW-fed monopole antenna for GSM and WLAN applications,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 12, pp. 508–511, 2013, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2013.2256456.

J. Bang, J. Choi, “A SAR reduced mm-wave beam-steerable array antenna with dual-mode operation for fully metal-covered 5G cellular handsets,” IEEE Antennas Wirel. Propag. Lett., vol. 17, no. 6, pp. 1118–1122, 2018, doi: https://doi.org/10.1109/LAWP.2018.2836196.

Прототип предлагаемой антенны с U-образной щелью для 5G

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-10-15 — Оновлено 2021-10-15

Як цитувати

Мукерджи, К., Мукхопадхьяй, С., & Рой, С. (2021). Компактная многодиапазонная антенна с CPW питанием для систем связи 5G. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(8), 514–524. https://doi.org/10.20535/S0021347021080057

Номер

Том 64 № 8 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.