Miniaturisierte Dual-Band MIMO-Antenne mit hoher Gewinn- und Isolationseigenschaft für mm-Wellen-Anwendungen

Diese Arbeit präsentiert eine kompakte Dual-Band Vier-Element Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)-Antenne, die für Millimeterwellen-Anwendungen (mm-Wellen) entwickelt wurde, mit besonderem Schwerpunkt auf 5G-Drahtloskommunikationssystemen. Die vorgeschlagene Antenne nimmt ein ultrakompaktes Volumen von 15 × 15 × 0,8 mm³ ein (ca. 0,55λ × 0,55λ × 0,03λ bei 28 GHz), was sie äußerst geeignet für die Integration in platzbeschränkte drahtlose Geräte macht. Die Antenne arbeitet effizient über zwei mm-Wellen-Bänder, 29-31 GHz und 36,5-38,5 GHz, und deckt damit wichtige 5G NR-FR2-Frequenzbereiche ab. Durch die Integration strategisch platzierter Schlitze und einer kompakten strahlenden Struktur erreicht die Antenne eine Spitzen-Gewinn von 8,1 dBi bzw. 8,64 dBi in den unteren und oberen Betriebsbändern, während eine starke Portisolation von über 25 dB erhalten bleibt. Sowohl simulierte als auch gemessene Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung und bestätigen die Wirksamkeit des vorgeschlagenen Designs. Eine umfassende MIMO-Leistungsbewertung bestätigt ausgezeichnete Diversitätsmerkmale mit einem sehr niedrigen Envelope Correlation Coefficient (ECC) von weniger als 0,001, einem hohen Diversitätsgewinn (DG) von etwa 9,99 dB, einem totalen aktiven Reflexionskoeffizienten (TARC) im Bereich von -5 bis 5 dB sowie einem niedrigen Kanalkapazitätsverlust (CCL) von 0,21 bit/s/Hz über die Betriebsbänder hinweg. Aufgrund ihrer kompakten Größe, hohen Gewinns, starken Isolation und robusten MIMO-Leistung ist die vorgeschlagene Antenne ein vielversprechender Kandidat für mm-Wellen 5G der nächsten Generation und zukünftige drahtlose Kommunikationssysteme.