Study and Design of a 5G Millimeter Band Patch Antenna with a Resonant Frequency of 60 GHz

Abstract

У даній роботі пропонується дослідження та дизайн патч-антени міліметрового діапазону для 5G з резонансною частотою 60 ГГц. Була запропонувана методика покращення продуктивності цієї антени. У конструкції була використана підкладка типу Roger RT duroid 5880 з відносною діелектричною проникністю, що дорівнює 2,2, висотою 0,16 мм і тангенсом втрат 0,0009. Формат випромінюваного елемента (патча) наступний: довжина - 2 мм, ширина - 1,6 мм. Використовувалось програмне забезпечення моделювання високочастотної структури (HFSS), щоб отримати параметри антени. Моделювання дало хороші результати: робоча частота 59,95 ГГц, коефіцієнт відбиття (S11) – 36,41 дБ, смуга пропускання 2,15 ГГц, підсилення 9,2 дБ, потужність випромінювання 10,01 дБм і ефективність 99,67 % . Отримані результати є конкурентоспроможними та відповідають вимогам пристроїв 5-го покоління. Таким чином, цілком імовірно, що запропонована антена зможе задовольнити вимоги, пов’язані з потребами 5G.

This research proposes a study and design of a millimeter band patch antenna for 5G with a resonant frequency of 60 GHz. For this, we proposed a technique to improve the performance of this antenna. This technique consists of cutting a piece of the proposed antenna medium, as shown in the diagram in the design section below. We employ the Roger RT duroid 5880 type substrate in the design, which has a relative permittivity equal to 2.2, a height of h = 0.16 mm, and a loss tangent of 0.0009. The format of the radiated element (the patch) is as follows: length: 2 mm, width: 1.6 mm. We use high-frequency structure simulation software (HFSS) to obtain this antenna's results. These simulations yield good results: an operating frequency of 59.95 GHz, a reflection coefficient (S11) of – 36.41 dB, a bandwidth of 2.15 GHz, a gain of 9.2 dB, a radiated power of 10.01 dBm and an efficiency of 99.67 %. The results obtained are very competitive and meet the requirements of the 5th generation. Thus, it is likely that the proposed antenna will be able to meet the requirements related to 5G needs.