LTE/5G Mobil Terminaller için Üç Bantlı Dört Elemanlı Log-Periyodik MIMO Anten Dizisi

Öz

Bu çalışmada, günümüz teknolojisi olan LTE ya da 4.5G ile gelecek nesil olarak da bilinen beşinci nesil (5G) mobil iletişimde kullanılan mobil terminaller için dört elemanlı çoklu giriş çoklu çıkış (MIMO) mimarisinde yeni bir yama anten dizisi sunulmuştur. Önerilen anten dizisinde yer alan her bir eleman log-periyodik yama şeklinde tasarlanmış ve karşılıklı gelen MIMO elamanları birbirinin özdeşi olacak şekilde yerleştirilmiştir. Bilindiği gibi, günümüzde yer alan mobil cihazlar oldukça kompakt yapıya sahiptirler. Bu cihazlarda yer alan anten sistemlerinin de bu boyutlara uygun olmaları gerektiğinden, önerilen antenin toplam boyutu 80×150mm2 ile standart bir akıllı cihazla eşdeğerdir. Önerilen antenin tasarımından sonra, 4.3 nispi geçirgenliğe ve 1.6 mm kalınlığa sahip FR4 substrat üzerine baskı devre (PCB) teknolojisi kullanılarak prototip üretimi de gerçekleştirilmiştir. Önerilen antenin ölçüm ve simülasyon değerleri arasında büyük oranda bir benzerlik elde edilmiştir. Önerilen dört elemanlı MIMO anten, 2.5-3 GHz, 3.3-4.2 GHz ve 4.95-6 GHz frekans bantları arasında -10 dB ve altında ölçülen yansıma katsayısı değerleri ile üç bant ışıma yapmaktadır. Bu frekans bantları sırasıyla LTE 46, LTE 38 ve 5G C-bantlarını tam olarak kapsamaktadır. Belirtilen frekans bantlarında 16 dB ve üzerinde bir izolasyon seviyesi ile oldukça iyi bir karşılıklı kuplaj değerine sahiptir. Bununla birlikte, önerilen üç bantlı MIMO anten 2.6 GHz, 3.6 GHz ve 5.5 GHz rezonans frekansı noktalarında sırasıyla 0.7 dBi, 3.5 dBi ve 4 dBi olacak şekilde kazanç değerleri vardır. Ayrıca, önerilen MIMO anten dizisi belirtilen üç frekans bandı için de %60 ve üzerinde bir verimliğe sahiptir. Son olarak, ışıma patternleri incelendiğinde, önerilen MIMO anten dizisinin her üç frekans noktasında da çok yönlü bir ışıma sergilediği görülmüştür.

Anahtar Kelimeler

• Yama anten
• 5G
• LTE
• MIMO
• Log-periyodik

Triple-Band Four-Element Log-Periodic MIMO Antenna Array for LTE/5G Mobile Terminals

Abstract

Keywords

• Patch antenna
• 5G
• LTE
• MIMO
• Log-periodic
• Sub-6 GHz

Kaynakça

1. Rappaport, T. S., Sun, S., Mayzus, R., Zhao, H., Azar, Y., Wang, K., Schulz, J. K., Samimi, M., and Gutierrez, F. (2013). Millimeter wave mobile communications for 5G cellular: It will work!. IEEE access, 1, 335-349.
2. Lee, J., Tejedor, E., Ranta-aho, K., Wang, H., Lee, K. T., Semaan, E., Mohyeldin, E., Song, J. , Bergljung, C., and Jung, S. (2018). Spectrum for 5G: Global status, challenges, and enabling technologies. IEEE Communications Magazine, 56(3), 12-18. J. Lee, E. Tejedor, K. Ranta-aho, H. Wang, K. T. Lee, E. Semaan, S. Jung, “Spectrum for 5G: global status, challenges, and enabling Technologies”, IEEE Communications Magazine, vol. 56 (3), pp. 12-18, 2018.
3. Marcus, M. J. (2015). 5G and" IMT for 2020 and beyond"[Spectrum Policy and Regulatory Issues]. IEEE Wireless Communications, 22(4), 2-3.
4. Saxena, S., Kanaujia, B. K., Dwari, S., Kumar, S., and Tiwari, R. (2018). MIMO antenna with built-in circular shaped isolator for sub-6 GHz 5G applications. Electronics letters, 54(8), 478-480.
5. Bajracharya, R., Shrestha, R., Zikria, Y. B., and Kim, S. W. (2018). LTE in the unlicensed spectrum: A survey. IETE Technical Review, 35(1), 78-90.
6. Kildal, P. S., and Rosengren, K. (2004). Correlation and capacity of MIMO systems and mutual coupling, radiation efficiency, and diversity gain of their antennas: simulations and measurements in a reverberation chamber. IEEE Communications Magazine, 42(12), 104-112.
7. Andrews, J. G., Buzzi, S., Choi, W., Hanly, S. V., Lozano, A., Soong, A. C., and Zhang, J. C. (2014). What will 5G be?. IEEE Journal on selected areas in communications, 32(6), 1065-1082.
8. Li, Y., Luo, Y., and Yang, G. (2019). High-isolation 3.5 GHz eight-antenna MIMO array using balanced open-slot antenna element for 5G smartphones. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 67(6), 3820-3830.

9. Wong, K. L., Lin, B. W., and Li, B. W. Y. (2017). Dual‐band dual inverted‐F/loop antennas as a compact decoupled building block for forming eight 3.5/5.8‐GHz MIMO antennas in the future smartphone. Microwave and Optical Technology Letters, 59(11), 2715-2721.
10. Li, Y., Luo, Y., and Yang, G. (2018). Multiband 10-antenna array for sub-6 GHz MIMO applications in 5-G smartphones. IEEE Access, 6, 28041-28053.
11. Hu, W., Qian, L., Gao, S., Wen, L. H., Luo, Q., Xu, H., Liu, X., Liu, Y., and Wang, W. (2019). Dual-band eight-element MIMO array using multi-slot decoupling technique for 5G terminals. IEEE Access, 7, 153910-153920.
12. Wang, H., Zhang, R., Luo, Y., & Yang, G. (2020). Compact Eight-Element Antenna Array for Triple-Band MIMO Operation in 5G Mobile Terminals. IEEE Access, 8, 19433-19449.
13. IE3D, HyperLynx 3D Electromagnetics, Mentor Graphics.
14. Yerlikaya, M., Gültekin, S. S., & Dilek, U. Z. E. R. (2020). A novel design of a compact wideband patch antenna for sub-6 GHz fifth-generation mobile systems. International Advanced Researches and Engineering Journal, (View), 129-133.