Published March 6, 2023
| Version v1
Publication
Open
Millimeter-Wave Dual-Band MIMO Antennas for 5G Wireless Applications
Creators
- 1. Tunis El Manar University
- 2. Tunis University
Description
This paper suggests a dual-band 28/38 GHz four-element MIMO array based on dual-mode planar monopole antennas for 5G wireless applications. The design structure contains four planar monopole antennas; located at the corners on a 20 × 20-mm2 size Rogers RO4003 substrate with a dielectric constant of 3.55. The proposed planar monopole antenna has the shape of a crescent. In order to achieve the desired behavior and perfor mance, we engraved two rectangular slots on both sides and also added a notch at the bottom. In addition, we used a partial ground plane to enhance the isolation. Significant isolation (> − 23 dB) is achieved between antenna elements by employing spatial and polarization diversity techniques. To validate the design concept, a prototype of the four-element MIMO array is designed, fabricated, and measured. The experimental results show that the proposed antenna can cover the 27.25–29 GHz and 34.5–41 GHz bands with good isolation and high efficiency. Furthermore, the radiation pattern, the realized gain, and the channel capacity are also studied. According to the reached results, the proposed MIMO antenna may be a suitable application-oriented design for 5G MIMO applications at the millimeter-wave range.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تقترح هذه الورقة صفيف MIMO ثنائي النطاق 28/38 جيجاهرتز رباعي العناصر يعتمد على هوائيات أحادية القطب مستوية ثنائية الوضع للتطبيقات اللاسلكية 5G. يحتوي هيكل التصميم على أربعة هوائيات أحادية القطب مستوية ؛ تقع في الزوايا على ركيزة روجرز RO4003 بحجم 20 × 20 مم 2 مع ثابت عزل كهربائي قدره 3.55. الهوائي أحادي القطب المستوي المقترح له شكل هلال. من أجل تحقيق السلوك المطلوب والأداء، قمنا بنقش فتحتين مستطيلتين على كلا الجانبين وأضفنا أيضًا شقًا في الأسفل. بالإضافة إلى ذلك، استخدمنا طائرة أرضية جزئية لتعزيز العزلة. يتم تحقيق عزل كبير (> - 23 ديسيبل) بين عناصر الهوائي من خلال استخدام تقنيات التنوع المكاني والاستقطابي. للتحقق من صحة مفهوم التصميم، تم تصميم نموذج أولي لمصفوفة MIMO المكونة من أربعة عناصر وتصنيعه وقياسه. تظهر النتائج التجريبية أن الهوائي المقترح يمكن أن يغطي نطاقات 27.25–29 جيجاهرتز و 34.5-41 جيجاهرتز مع عزل جيد وكفاءة عالية. علاوة على ذلك، تتم أيضًا دراسة نمط الإشعاع والكسب المحقق وسعة القناة. وفقًا للنتائج التي تم التوصل إليها، قد يكون هوائي MIMO المقترح تصميمًا مناسبًا موجهًا للتطبيق لتطبيقات 5G MIMO في نطاق الموجة المليمترية.Translated Description (French)
Cet article suggère un réseau MIMO bi-bande 28/38 GHz à quatre éléments basé sur des antennes monopolaires planaires bi-modes pour les applications sans fil 5G. La structure de conception contient quatre antennes monopolaires planes ; situées aux coins sur un substrat Rogers RO4003 de 20 × 20 mm2 avec une constante diélectrique de 3,55. L'antenne unipolaire plane proposée a la forme d'un croissant. Afin d'obtenir le comportement et la perforation souhaités, nous avons gravé deux fentes rectangulaires des deux côtés et avons également ajouté une encoche en bas. De plus, nous avons utilisé un plan de masse partiel pour améliorer l'isolation. Une isolation significative (> − 23 dB) est obtenue entre les éléments d'antenne en utilisant des techniques de diversité spatiale et de polarisation. Pour valider le concept de conception, un prototype du réseau MIMO à quatre éléments est conçu, fabriqué et mesuré. Les résultats expérimentaux montrent que l'antenne proposée peut couvrir les bandes 27,25-29 GHz et 34,5-41 GHz avec une bonne isolation et un rendement élevé. En outre, le diagramme de rayonnement, le gain réalisé et la capacité du canal sont également étudiés. Selon les résultats obtenus, l'antenne MIMO proposée peut être une conception orientée application appropriée pour les applications MIMO 5G dans la plage des ondes millimétriques.Translated Description (Spanish)
Este documento sugiere una matriz mimo de cuatro elementos de 28/38 GHz de doble banda basada en antenas monopolo planas de modo dual para aplicaciones inalámbricas 5G. La estructura de diseño contiene cuatro antenas planas monopolo; ubicadas en las esquinas sobre un sustrato Rogers RO4003 de 20 × 20 mm2 de tamaño con una constante dieléctrica de 3.55. La antena monopolo plana propuesta tiene la forma de una media luna. Para lograr el comportamiento y la perforación deseados, grabamos dos ranuras rectangulares en ambos lados y también añadimos una muesca en la parte inferior. Además, utilizamos un plano de tierra parcial para mejorar el aislamiento. Se logra un aislamiento significativo (> -23 dB) entre los elementos de la antena mediante el empleo de técnicas de diversidad espacial y de polarización. Para validar el concepto de diseño, se diseña, fabrica y mide un prototipo de la matriz mimo de cuatro elementos. Los resultados experimentales muestran que la antena propuesta puede cubrir las bandas de 27.25–29 GHz y 34.5-41 GHz con buen aislamiento y alta eficiencia. Además, también se estudian el patrón de radiación, la ganancia realizada y la capacidad del canal. De acuerdo con los resultados alcanzados, la antena mimo propuesta puede ser un diseño orientado a la aplicación adecuado para aplicaciones mimo 5G en el rango de ondas milimétricas.Files
latest.pdf.pdf
Files
(3.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:1b0bb87eba7809a780f5cc8d3b6e971b
|
3.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- هوائيات MIMO ثنائية الموجة المليمترية للتطبيقات اللاسلكية 5G
- Translated title (French)
- Antennes MIMO double bande à ondes millimétriques pour applications sans fil 5G
- Translated title (Spanish)
- Antenas mimo de doble banda de onda milimétrica para aplicaciones inalámbricas 5G
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4323314155
- DOI
- 10.1007/s10762-023-00914-5
References
- https://openalex.org/W1988479411
- https://openalex.org/W2015411698
- https://openalex.org/W2045430308
- https://openalex.org/W2292475918
- https://openalex.org/W2427477319
- https://openalex.org/W2774946280
- https://openalex.org/W2949948661
- https://openalex.org/W2958465164
- https://openalex.org/W2978232790
- https://openalex.org/W2987764790
- https://openalex.org/W2995163751
- https://openalex.org/W2998094502
- https://openalex.org/W3021948924
- https://openalex.org/W3042161354
- https://openalex.org/W3103926693
- https://openalex.org/W3120424304
- https://openalex.org/W3121512018
- https://openalex.org/W3159404890
- https://openalex.org/W3202060512
- https://openalex.org/W3210125830
- https://openalex.org/W4200018778
- https://openalex.org/W4205999339
- https://openalex.org/W4211082346
- https://openalex.org/W4220835385
- https://openalex.org/W4226168165
- https://openalex.org/W4226316583
- https://openalex.org/W4280538626
- https://openalex.org/W4296913560
- https://openalex.org/W4296925556
- https://openalex.org/W4308440829