ВИСОКОРІВНЕВА ОДНОПЛОЩИННА АНТЕНА MIMO ДЛЯ ДЕВАЙСІВ 5G
SINGLE PLANE MIMO ANTENNA FOR 5G DEVICES
Сторінки: 40-48. Номер: №5, 2023 (325) 
Автори:
БОЙКО Юлій
Хмельницький національний університет
ORCID ID: 0000-0003-0603-7827
e-mail: boiko_julius@ukr.net
КАРПОВА Леся
Хмельницький національний університет
ORCID ID: 0000-0001-5015-2107
rtlesya@gmail.com
СЕМЕНЮК Віталій
Хмельницький національний університет
vitakik06714@gmail.com
BOIKO JULIY, KARPOVA LESYA, SEMENYUK VITALIY
Khmelnytskyi National University
DOI: https://www.doi.org/10.31891/2307-5732-2023-325-5-40-48
Анотація мовою оригіналу
В даній роботі представлено конструкцію одноплощинної антенної системи MIMO для смартфонів із підтримкою 5G на частоті нижче 6 ГГц. Розроблена антена MIMO складається з чотирьох випромінювачів у формі петлі, які розташовані у кожному куті плати мобільного телефону, що відповідає принципу рознесення діаграм спрямованості. Елемент з однією антеною резонує на частоті 3,5 ГГц, його смуга пропускання імпедансу становить 1,28 ГГц (3–4,28 ГГц) для S11 ≤ –6 дБ, і дорівнює 720 МГц (3,18–3,9 ГГц) для S11 ≤ –10дБ. Для одноантенного елемента спостерігається пікове підсилення 3,64 дБі з ефективністю антени понад 90%. Для конфігурації антени MIMO між її елементами досягається ізоляція понад 10 дБ. Крім того, розроблена антена MIMO забезпечує достатнє покриття випромінюванням для підтримки різних сторін плати мобільного телефону, що є важливою особливістю для усіх телефонів з підтримкою 5G.
Ключові слова: антена MIMO, діаграма спрямованості, смуга пропускання, петлеподібна конструкція, коефіцієнт активного відбиття, ефективність, коефіцієнт підсилення, 5G смартфони.
Розширена анотація англійською мовою
This work presents the design of a single-plane multiple-input/multiple-output MIMO antenna system for smartphones with 5G support at a frequency below 6 GHz. The developed MIMO antenna consists of four loop-shaped emitters located at each corner of the mobile phone board, which conforms to the principle of pattern diversity. The single-antenna element resonates at 3.5 GHz, has an impedance bandwidth of 1.28 GHz (3-4.28 GHz) for S11 ≤ –6 dB, and is 720 MHz (3.18-3.9 GHz) for S11 ≤ –10dB. For a single-antenna element, a peak gain of 3.64 dBi is observed with an antenna efficiency of >90%. For the MIMO antenna configuration, isolation >10 dB is achieved between its elements. In addition, the designed MIMO antenna provides sufficient radiation coverage to support different sides of the mobile phone board, which is an important feature for all 5G-enabled phones. A planar multiple-input/multiple-output MIMO antenna design is presented for sub-6 GHz 5G-enabled mobile phone applications. Four loop-shaped radiators are designed at each corner of a smartphone board, and they all follow the design configuration of pattern diversity. Several MIMO antenna features are evaluated, such as S-parameters, gain patterns, radiation and total efficiency, envelope correlation coefficient, total active reflection coefficient, and diversity gain. From the reported results, it may be concluded that the presented MIMO antenna system successfully meets the criteria of 5G-enabled mobile phones. In addition, the impacts of human hands and heads on MIMO antenna performance are investigated, and acceptable performance in the data and conversation modes is observed.
Keywords: MIMO antenna, pattern, bandwidth, loop design, active reflection coefficient, efficiency, gain factor, 5G smartphone.
