Антенна решітка Mimo з рознесенням діаграм спрямованості для смартфонів 5G

АНТЕННА РЕШІТКА MIMO З РОЗНЕСЕННЯМ ДІАГРАМ СПРЯМОВАНОСТІ ДЛЯ СМАРТФОНІВ 5G

MIMO ANTENNA ARRAY WITH DIRECTIONAL DIAGRAM SPREAD FOR 5G SMARTPHONES

Сторінки: 139-142. Номер: №6, 2022 (315)  
МІШАН Віктор
ORCID ID: 0000-0002-2771-7285
Хмельницький національний університет
e-mail:v_mishan@ukr.net
КАРПОВА Леся
Хмельницький національний університет
ORCID ID: 0000-0001-5015-2107
e-mail: rtlesya@gmail.com
ЛОБАЧОВА Інна
Хмельницький національний університет
e-mail:innabazilyk@gmail.com
MISHAN Viktor, KARPOVA Lesia, LOBACHOVA Inna
Khmelnytskyi National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2022-315-6-139-142

Анотація мовою оригіналу

В роботі представлено конструкцію антени MIMO для смартфонів. Для антенної решітки смартфона було отримано хорошу смугу частот (S₁₁≤ − 10 дБ) 3,3 – 3,9 ГГц. Тим не менш, для S₁₁ ≤ − 6 дБ це значення становить 3,1 – 4,3 ГГц. Для одноелементного випромінювача досягнуто більше 3 дБ реалізованого підсилення та 80% загальної ефективності. Конструкція забезпечує не тільки достатнє покриття випромінюванням, що підтримує різні сторони материнської плати, але й різноманітність поляризації. Крім того, хороші властивості отримані поблизу людини-руки/людини-голови. Запропонована конструкція антени MIMO також здатна генерувати дво- або багатодіапазонну функцію.
Ключові слова: антена MIMO, діаграма спрямованості, фазована решітка, поляризація, смуга пропускання, 5G смартфони.

Розширена анотація англійською  мовою

Multiple-input/multiple-output technology can exponentially increase the data transfer rate and spectrum efficiency without any need of increasing the transmission power and bandwidth. It is the most promising technology to be used in the upcoming 5G communications. To be more accurate, the fourth generation smartphones are set to use the long-term evolution MIMO technology and operate in multi-bands.  Therefore, MIMO antennas are to use in future portable devices such as mobile handsets and tablets. A new multiple-input/multiple-output (MIMO) antenna design is introduced for future smartphones. The proposed design contains four pairs of double-fed circular-ring resonators located at different edges of the smartphone printed circuit board (PCB) with an FR-4 substrate and a dimension of 75 × 150 mm². The antenna elements are fed by 50-Ohm microstriplines and provide polarisation and radiation pattern diversity function due to the orthogonal placement of their feed lines. By inserting a rectangular slot under each microstrip feed-line, the mutual coupling characteristic of the antenna ports is reduced. A good frequency bandwidth (S11 ≤ − 10 dB) of 3.3–3.9 GHz has been obtained for the smartphone antenna array. Nevertheless, for S11 ≤ −6 dB, this value is 3.1–4.3 GHz. More than 3 dB realised gain and 80% total efficiency are achieved for the single element radiator. The design provides not only sufficient radiation coverage supporting different sides of the mainboard but also the polarisation diversity. In addition, sufficient properties are obtained in the vicinity of human-hand/human-head. The proposed MIMO antenna design is also capable to generate dual- or multi-band function. Moreover, a new and compact phased array millimeter-wave (mm-wave) antenna design with end-fire radiation beams is introduced which can be easily integrated into smartphones.
Keywords: multiple-input/multiple-output MIMO antenna, beam pattern, phased array, polarization, bandwidth, 5G smartphones.

References

1. Nadeem, Q.-U.-A., Kammoun, A., Debbah, M., et al.: ‘Design of 5G full dimension massive MIMO systems’, IEEE Trans. Commun., 2018, 66, pp. 726–740
2. Ojaroudi Parchin, N., Jahanbakhsh Basherlou, H., Al-Yasir, Y., et al.: ‘Recent developments of reconfigurable antennas for current and future wireless communication systems’, Electronics., 2019, 8, (2), pp. 1–17
3. Chen, Q., Lin, H., Wang, J., et al.: ‘Single ring slot based antennas for metalrimmed 4G/5G smartphones’, IEEE Trans. Antennas Propag., 2019, 67, (3), pp. 1476–1487
4. Al-Hadi, A.A., Ilvonen, J., Valkonen, R., et al.: ‘Eight-element antenna array for diversity and MIMO mobile terminal in LTE 3500 MHz band’, Microw. Opt. Technol. Lett., 2014, 56, (6), pp. 1323–1327
5. Li, M.-Y.: ‘Eight-port orthogonally dual-polarised MIMO antennas using loop structures for 5G smartphone’, IET Microw. Antennas Propag., 2017, 11, (12), pp. 1810–1816