T E L KO MNIK A , V ol . 17 No. 4,  A ug us t   20 1 9,  p p. 1 64 8 ~1 655   IS S N: 1 69 3 - 6 93 0 accr ed ited   F irst  Gr ad e b K em en r istekdikti,  Decr ee  No: 2 1/E/ K P T /20 18   DOI:   10.12928/TE LK OM N IK A .v 1 7 i 4 . 12762      16 48       Rec ei v ed   O c tob er  23 20 1 8 ; Rev i s ed   F eb r u ary  7 , 2 01 9 ; A c c ep te M arc h 1 5 ,  20 1 9   Dual  e le me nt  MI MO p l anar i nver ted - a nt e nn a     fo r 5 G   milli me te r wave a pp li cati on       H. M.  R . Nurul * 1 Z.   Ma n so r 2 M.  K. A.  Rahim 3   1 2 Com m u n i c a ti o n  T e c h n o l o g y  Se c ti o n Un i v e rs i ti  Ku a l a   L u m p u r Bri t i s h  M a l a y s i a n  I n s ti tu te ,   Ba tu  8 S u n g a i  Pu s u   St . 5 3 1 0 0  Gom b a k S e l a n g o r,  M a l a y s i a   3 Sc h o o l  o f  El e c tri c a l  En g i n e e r i n g Fa c u l ty   o En g i n e e ri n g Un i v e r s i ti  T e k n o l o g i  M a l a y s i a   UTM  J 8 1 3 1 0  Sk u d a i J o h o r,   M a l a y s i a   *C o rre s p o n d i n g  a u th o r,  e - m a i l h u s n a .ra i s @s .u n i k l .e d u .m y 1 z u h a n i s @ u n i k l . e d u . m y 2 m d k a m a l @ut m . m y 3       Ab strac t     Th i s   wor k   p r e s e n ts   a   2 8   G Hz   Dua l   El e m e n M u l ti p l e   In p u M u l ti p l e   O u t p u t   (M IM O Pl a n a r   In v e rt e d - An t e n n a   fo m i l l i m e te wav e   5 G   m o b i l e   t e rm i n a l Th e   a n te n n a   d e s i g n   e m p l o y s   PIF d e s i g n   c o n c e p a s   i i s   a   c o m m o n   a n te n n a   ty p e   u s e   f o m o b i l e   p h o n e   a s   i p ro v i d e s   wi d e   b a n d wid th   a n d   g o o d   p e rfo rm a n c e .   Th e   a n t e n n a   d e s i g n   b e g i n s   wi th   a   c h a ra c te r i z a ti o n   o f   th e   s i n g l e   e l e m e n t   PI FA  d e s i g n   a n d   th e n   e x te n d e d   to   Dua l   El e m e n M IM O   P IF d e s i g n Th e   s i n g l e   e l e m e n PIF d e s i g n   i s   e n h a n c e d   to   M IM O   d e s i g n   b y   e x t e n d i n g   t h e   g ro u n d   p l a n e   a n d   l o c a te   t h e   s e c o n d   PIF a th e   o th e e n d Is o l a ti o n   b e twe e n     th e   a n te n n a   e l e m e n t s   o th e   M IM O   PIF i s   a n a l y z e d   b y   v a ry i n g   th e   g a p   d i s ta n c e   b e tw e e n   th e   a n t e n n a   e l e m e n t s Th e   re s u l f o En v e l o p e   Corre l a ti o n   Coe ff i c i e n t,   Di v e rs i ty   G a i n   a n d   M u l ti p l e x i n g  Ef fi c i e n c y   i s   a l s o   p re s e n te d Th e   s i m u l a ti o n   c o m p u te d   u s i n g   Com p u te r   Si m u l a t i o n   Te c h n o l o g y   (C ST)  M i c ro wa v e     Stu d i o   s o f twa re .       Key w ords :   5 G i s o l a ti o n m i l l i m e te r   wav e ,  PI FA         Copy righ ©  2 0 1 9   Uni v e rsi t a s  Ahm a D a hl a n.  All  rig ht s  r e s e rve d .       1.  Int r o d u ctio n   T he   ex i s ti n g en er ati on s   of  c e l l ul ar  n etwo r k s   no wada y s   f ac i ng   g l ob al   ba nd wi dth   s ho r tag e.   Inc r e as i ng   d em a nd   i hi gh er  da t r at es h i gh er  fr e qu en c y an d   l ow   l ate nc y   r eq ui r e   ne fr e qu e nc y   s pe c tr um .   T he   n ew  g en er ati on   of  c e l l ul ar  ne tw ork s 5G   ut i l i z es   mi l l i me t er   wav s pe c tr um T he   uti l i z ati on   o m i l l i me ter   wav e   s pe c tr u h as   r ec en t l y   b ee pro p os ed   du e   to   i ts   l arge  s pe c tr u av ai l ab i l i ty ,   hi g he r   ba n dwi dth ,  h i g da t a rat an d  c an  h an d l e  l arge r  us er c a pa c i ty   c om pa r e wi th  t od ay s   w i r el es s   s y s tem s   [1,   2] M i l l i me t er  wav s p ec tr um   us ed   for  mo b i l c om mu ni c at i on   i s   Lo c a l   M ul t i po i nt  D i s tr i b uti on   S erv i c ( LM D S )   ba n d.  LM DS   u s es   c el l u l ar   i nfras tr uc ture,   w i th   m ul t i p l e   ba s e   s tat i on s   s up p orti n p oi nt - to - mu l ti po i nt   c om m un i c a ti on   t o   s ma l l   c us tom er  tr a ns c ei v ers Mi l l i me t er  wav e   s pe c tr u us by   L MDS   r an ge s   be twee   28 3 G Hz   [3 - 5] 28   G Hz   was   c ho s e n   as   th fr eq u en c y   of  o pe r at i o of  the   a nte nn a   de s i gn   as   de fi ne d  by  r es ea r c he r s   in   [6 - 9] .   In  order   t i nc r ea s t he   c ha nn el   c a pa c i ty uti l i z a ti on   of  M ul t i p l I np ut   Mu l t i pl O utp ut   ( MIM O )   s y s tem   is   ne ed e i 5G   wi r e l es s   c om mu ni c a ti on   s y s tem s   at  bo t the   tr an s mi t ter  an d   r ec ei v er  al on wi t s om c om p l ex   s i g na l   proc es s i n [ 10 ] C om p ared   t s i n gl e   a nte n na MIM O   an te nn h as   hi g h   S i gn a l   to  Noi s Rat i ( S NR)   r es ul te d   i n   hi g he r   da t r ate   [1 1 ,   12] Chal l en ge   i ante nn d es i g for  th m ob i l e   ter mi na l   i s   l i mi t ed   s pa c of  m ob i l de v i c an to  fu l fi l l   t he   tec hn i c a l   r eq ui r e me n ts   for  M IMO   an ten na   w hi c i s   l o c orr el at i on   an go o eff i c i en c y Mu l ti pl an te nn a   i MIM O   an t en n d es i gn   w i l l   i ntro du c e   i s ol at i o n.  A t   pres en t,  s ev er al   tec hn i qu es   em p l oy ed   to   a nte n na   d es i gn   t i m prov t he   i s o l at i on In   [1 3] di f feren or i en tat i on s   of   a nte n na   el e me nts   e mp l oy ed   t the   an ten na   d es i gn   t i m pro v the   i s o l at i on I [14 ]   s tub s   an s l ots   de s i g em pl oy e to  th an te nn d es i g to  r ed uc e   mu tua l   c ou p l i ng   b etwe en   two  ad j ac en t   an te nn a   e l e me nt A   c o mp a c de c o up l i n ne tw ork   for   en ha nc i n t he   po r t   i s o l at i o b etwe en   two   c l os el y  s pa c e d a n ten na s  i s   propos e d i [1 5]   T hi s   r es ea r c w ork s   on   du al   e l e me n MI MO   P IF A   a nt en na   de s i gn   f oc us   on   the   i s ol at i on   i mp r ov e me nt  by   v ary i ng   t he   ga d i s tan c be tw ee n   the   an te nn e l e me n ts T he   propos e an te nn d es i g ap pl i ed   P I F A   de s i gn w hi c i s   c o mm o an t en n us ed   f or  mo b i l ph o ne .     P IFA   ha s   ma ny   ad v a nta g e s   of  th d es i r ed   c r os s   po l a r i z ati o n,  ea s y   fee di ng s i m pl e   to  fab r i c ate   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N:  1 69 3 - 6 93 0       Dual  el em en MIM O   pl a na r   i nv erted - F   an t en n a   fo r  5G  mi l l i me t er…    ( H.  M.  R.  Nuru l )   1649   an d   ea s y   t pl ac e   i mo bi l term i na l   [16 - 1 8] T he   s i ng l P IFA   d es i gn   h as   b ee ex te nd e to  MIM O   a nte n na   by   i nc r ea s i ng   t he   w i dt of  the   grou nd   p l an e.  M ea n whi l the   s ec on P IFA   el e me nt   i s   a dd e t t he   ot he r   e nd   of   th groun pl a ne Is ol a ti on   wi t hi t he   an t en na   e l e me nt   en ha nc ed   by   pl ac i ng   th s ec on d   e l em en t   wi thi ac c ep tab l e   ga di s ta nc e.  It  i s   a   s i mp l me t ho d   by   ad j us t i ng   th w i d th  of  t he   grou nd   p l an t o   ma k e   t he   ga b etw ee th an t en n   el e me nts   wi d er.   T he   ou t l i n of   th i s   p ap er   i s   as   fo l l ows S ec t i on   1   d i s c us s es   the   i n tr od uc t i on   of   MIM O   an te nn for  5G   t ec hn ol o g y an te nn i s o l at i on   an d   p aramet er  to  c h arac teri z e   MIM O   a nte nn a S ec ti on   pres e nts   th d es i gn   m eth od o l og y   of  t he   s i ng l e l e me n P IFA  de s i gn   an du al   el em e nt  MIM O   P IFA  de s i gn S ec ti on   el ab orat es   the   r es ul ts   an d i s c us s i on   of  t hi s   wor k   an t he   p aram etri c   a na l y s i s  o f th e p r op os ed   de s i gn T h e o bj ec ti v es  of  t hi s  work  are  ex pl ai ne as :   -   T o p r op os a s i n g l P IFA  f or 28 GH z  fre qu e nc y .   -   T o p r od uc Du al   E l em en MIM O   P IFA  de s i gn   f or 28  G Hz  freque nc y .   -   Inv es ti g ate  t he   eff ec of  th e  ga p   di s ta nc e b etwe en  t he   an te nn a   el em e nt .   -   E v al u ate   r es ul ts   for  e nv el op e   c orr e l at i o c oe f fi c i en t   ( E CC) mu l ti pl ex i ng   eff i c i en c y   ( ME )     and   di v ers i ty    ga i n (DG )  a  wi th  d i ffe r e nt   g ap   di s ta nc e o f t he   an te nn a  el em en t.       2.      D es ign   Me t h o d o log y   2.1.   S ing le  E le men t  P IF A   T he   propos e P l an ar  Inv e r ted - F   A nte nn a   ( P IFA)  as   s ho w i n   F i g ure   1   c on s i s ts   of     the  r a di ati ng   pa tc h,   s ho r t i n p l ate   a nd   grou nd   pl a ne .   RT /Duroi 58 8 s ub s tr at wi th   thi c k ne s s   of   1. 57 5   mm   an p ermi tti v i ty = 2.2   i s   us e i t he   propos ed   an ten na T he   di m en s i o of   the   r ad i at i n pa tc h   i s   L 1   an L 2   an t he   gro un d   p l an i s   L g × W g .   T he   r ad i at i ng   p atc h   pl a c on   to of   the   grou nd   pl an w i th   h ei g ht,   h=   0. 25   m m T he   ga be twe en   th pa tc h   an t he   grou nd   p l an e,    h   i s   fi l l ed   wi t ai r   s ub s tr at w i th   pe r mi tt i v i ty ,   = 1.  T h s ho r t i ng   p l at i s   us e t o   c on n ec th e   an te nn a   pa tc a nd   grou nd   pl a ne .   In  the   s i m ul ati on ,   th 5   di s c r ete   po r ts   a r u s ed   to   fe ed   i the   bo tt om   l i n of  t he   r ec t an gu l ar   pa tc h T he   di s t an c of   t he   fee di ng   po s i ti o t th s h orti ng   pl at e i s   0.4 3  mm .           F i gu r 1.  T h e g e om etry   of  t he  pro po s ed  P IF A       2.2.   P IFA  D es ign  C alc u l atio n   T he   o pe r at i ng   fr eq ue nc y   o mi c r os tr i p   pa tc a nte n na   i s   i nv ers el y   pro po r ti on a l   to   i ts   ph y s i c al   di me ns i on In   ( 1)   s ho ws   tha th r es on an t   fr eq ue nc y   i s   i nv ers el y   p r op orti on a l   to     the   p atc h   l en gth T he   l en gth   o th pa tc c an   be   c al c ul ate us i ng   f ormu l ( 2 )   a nd   ( 3).  T he   fr eq ue nc y   of  op erat i o n,  us ed   i t he   c a l c u l at i on   i s   28   G Hz   as   pres en t ed   i n   [ 19 ,   20] .   F or  s tan da r d,  prob fee d,  qu ar ter  wav m i c r os tr i pa tc an te nn a,  t he   o pe r at i n fr e qu en c y   c an   b e   ap prox i ma t el y  d ete r m i n ed  f r om  th e l en gt h o f  th e   an t en na   p atc h a s  f ol l ows :     = 4 ( 1 + 2 )     ( 1)     1 4 = 1 4     ( 2)     2 = 4 2 + 1     ( 3)     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO MNIK   V ol .   17 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 64 8 - 1 6 55   1650   i ( 4)   c an   be   us e t f i n t he   t ota l   l en gth   [2 1] .   T he   l e ng th   an w i d th,   L 1   an L 2   o th p atc tha t   c an  be  c a l c ul ate d a s :     = 4 ( 1 + 2 )         ( 1 + 2 )       =   4   ( 4)     w he r e   c = fr ee   s pa c v e l oc i t y   of  l i gh t   10 m/s f = fr e qu en c y   of   op erat i on   a nd     i s   th to tal   l en gth   of  L 1   a nd   L 2 Le ng t of  L 1   a nd   L a pp r ox i ma t el y   th s a me   v al ue T h us the   c a l c ul a ted   tot al   l e ng th     i s   the d i v i d ed   by   f or  pr el i mi na r y   d i me ns i o of  L 1   an L 2 .   T h p atc l en gth   a nd   w i dth   are  op ti mi z e by   s ev era l   s i m ul ati o ns   to  1.8   mm   an d   1.4   mm   r es pe c t i v el y T he   s i z e   of  th gro un d   pl a ne  L g   an W g     is   5 m m × 1.5  m m.      2.3.   MIM O   P IFA  D es ign       MIM O   P IFA   d es i gn   i s   c h arac teri z ed   by   a ex ten s i on   o t he   groun pl a ne   wi dt to     the   o pti mi z e v al ue   a nd   t he   ot he r   P IFA  i s   el em e nt   pl ac e at  t he   oth er  en of  the   de s i gn .     T he   s i ng l e l e me nt   P IFA  d es i gn   i s   ex ten d ed   to  b tw el e me n ts   P IFA.  T h s ec on e l em en i the   m i r r or  fe atu r of  t he   f i r s el em e nt  as   s h own  i F i gu r 2.  T h o pti mi z e p aramet ers   for     the   prop os ed   an t en n as   s ho wn   i n   T a bl e   1 T h wi dth   of   the   gro un pl a ne   i s   ex ten de d   to   op ti mi z e   wh i l th l en gth   o the   grou nd   pl an e   i s   s i mi l ar  wi t th l en gth   of  the   gr ou nd   p l an for  the   s i n gl e l em en w hi c i s   mm T h s ec on r ad i ati n pa tc i s   l oc ate at  t he   ed ge   of  th groun pl a ne   T he   d i me ns i on   of  t he   r ad i at i ng   p at c for  the   M IMO  de s i gn   i s   op ti m i z ed   to   1.25× 1. 85   m m.  I order   to  i mp l em e nt  the   MM O   de s i gn th s pa c i n be tw ee a nte nn e l em en ts   needs   t b o pti mi z e to  p r ov i de   go o i s o l at i o c ha r a c teri s ti c T he   c al c u l at i on   of   the   di s ta nc ( D )   be twee the   tw e l em e nts whi c i s   ha l f   w av el en g t ( / 2 )   c al c ul at i on   i s   de s c r i be d   as   fol l ow s   [22 23] :       =   2     ( 5)     w he r =  0. 01 1m m  wh i c h i s   wav el e ng t h f or  28 G Hz  freq ue nc y .   F or  the   op t i m i z at i on   of  the   MIM O   P IFA th c a l c ul ate d   v al u i s   us ed   as   th pr el i mi n ary   ga b etwe en   P IFA  an P IFA  2.  E l e me n t   i MIM O   a n ten n de s i gn   h as   to  k ee a pa r to  r ed uc e   the   m utu al   c o up l i n g.  M utu a l   c ou p l i ng   be tw ee an t en n el em e nt  w i l l   af fec th an ten n ga i an d   eff i c i en c y   [22] .   T h an a l y s i s   an r es ul of  t he   s i m ul a ti on   of  th MIM O   a nte n na   w i th  di ff erent  g ap   di s tan c e  wi l l   be   di s c us s ed   i n S ec t i on   3.           F i gu r 2 . G e om etry  o f d u al   el e me nt  MI MO   P IFA  d es i gn     T ab l e  1.   D i m en s i on s  of   P r o po s ed   A nt en n a   P a r a met e r s   A n t e n n a   S ing e   P I F A   MI M P I F A   L 1 × L 2   1 . 4   m 1 . 8   mm   1 . 2 5   mm ×. 8 5       mm   L g × W g   5   mm × 1 . 5   mm   5   mm × 8 . 0     m m             3.  Re sult a n d  An aly s is   T hi s   s ec ti o d i s c us s ed   the   r es ul ts   or  s i n gl el em en t   P IFA  de s i gn   a nd   D ua l   E l em en MIM O   P IF A   d es i gn   as   s ho wn  i s ec ti o 3.1 s ec t i o 3.2   r es pe c t i v el y S ec ti on   3 .3  s ho ws   th an a l y s i s  of  th e Du al   E l em e nt  MI MO  P IF A .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N:  1 69 3 - 6 93 0       Dual  el em en MIM O   pl a na r   i nv erted - F   an t en n a   fo r  5G  mi l l i me t er…    ( H.  M.  R.  Nuru l )   1651   3.1.   S ing le  E le men t  P IF Result         T he   s i mu l ate r et urn  l os s   o the   prop os ed   an t en n i s   s ho wn  i F i g ure  3.   T he   pro po s ed   an te nn a   r es o na te  w el l   wi t hi 2 G Hz   fr eq ue nc y   and   ex hi b i t   l ar ge   ba nd w i dt u to  2.6 G Hz   ( 26 .3 - 29 .3  G Hz ) .   T h s i m u l ate 3D   far - fi el v i e of  t he   pro po s ed   an ten na   s h o wn  i n   F i gu r 4 .   T he   r ad i at i o p att ern   of  the   pr op os e a nte n na   pr od uc ed   a l mo s t   om ni d i r ec t i on al   pa tt ern.     T he   f ar - fi e l d   pa t tern  s ho w ed   up war r a di a ti o w i th   3. 1 1 d B   ga i n.   T he   to tal   e ffi c i e nc y   of   the   an te nn i s  98 %.            F i gu r 3.  S i mu l ate d   S 11 ( dB )  of  th pro po s ed   s i ng l e e l e me nt  P IF A  at  28   G Hz       F i gu r 4.  T h e s i m ul ate d   far - fi el d p a tte r of  s i ng l e e l e me nt  P IF A  i n 3 D       3.2.    Du al  E lem ent  MI MO   P IFA  R es u lt     T hi s   s i m ul ate r es u l ts   for  s c att erin p aram ete r   are   s h own  i nc l ud i ng   ga i n,   eff i c i e n c y   an 3D  f ar - fi e l d   pa t tern   of   the   Dual   E l e me nt  MIM O   P IF A   for  mm   ga di s ta nc e.  T he   mm   ga di s tan c e   c al c u l at ed   fr om   t he   prev i o us   s ec ti o i s   as   a   prel i m i na r y   v a l u f or  t he   op t i mi z ati on     of  th ga p.   T h 5   m g ap   di s ta nc ex t en de d   fr om   th wi dth   of   th gro un p l a n of   th s i ng l el e me nt   wh i c i s   1.5   mm .   T he   s ec on a nte nn el e me nt   pl ac ed   at  t he   e dg of  th ex te nd e d   groun d p l an e i s  t he  m i r r or f ea ture  of  t he  f i r s t a nt en n a e l em en t.   F i gu r e   s h ows   th s c att erin g   pa r a me t er  r es u l o f   the   Dua l   E l em en MIM O   P IF A .     T he   an t en n r es on a tes   wi t wi d ba nd w i dth   26 . 41 3 0.1 G Hz   ( 3.7 G Hz ) It  c an   be   s ee tha t   the   a nte nn ha s   h i gh   i s o l ati o n,  w i th  - 1 d B   a 28   G Hz   fr eq ue nc y T h i s   i s   d ue   to  the   c l os di s tan c b etwe en   th P IF A   an P IF A   2.  3D  fa r - fi el d   pa tte r s ho w i F i gu r 6   ( a)  for  P IFA  1   an F i gu r ( b)  f or  P IFA 2.  T he   r ad i ate far - fi el d   pa tt ern  s ho ws   up w ard  r ad i a t i on   a nd   away   fr o ea c h o t he r T h e a nte n na  r a di at ed   ou tp erfor m ed  w i th  4. 68 dB   ga i n a nd   96 .6 % eff i c i en c y .             ( a)       ( b)     F i gu r 5.  S i mu l ate d s c att eri ng  p arame ter for  the  d ua l  e l em en P IF A  wi th  5 m m     ga di s ta nc e     F i gu r 6.  3 D F ar f i el d p att er n f or th e d ua l   el e me nt  P IF A  w i th  5 m m g ap  d i s tan c   ( a) far - fi e l d p att er n f or p ort    ( b) far - fi e l d p att er n f or p ort  2       3.3 An aly s is  o f  Du a l E l e men t  MI MO   P IFA  w it h  Dif f er ent  G ap D istan c e   T he   an a l y s i s   of  the   g ap   d i s tan c be twe en   MI MO   P I F A   el e me nts   i s   c arr i ed   ou fr om     mm   to  40   m wi t m i nc r em en T a bl s um ma r i z es   the   10   d B   ba nd w i dth   of  t he   Du al   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO MNIK   V ol .   17 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 64 8 - 1 6 55   1652   E l e me nt  MIM O   P IFA.  T h e   c on f i g urat i on   of  t he   P IF A   1   an P IF A   are  i d en t i c al   t ea c oth er,  thu s   th r es u l ts   are   s i m i l ar T he   10   d B   b an d wi d th  f or  al l   ga di s ta nc a pp r ox i ma tel y   t he   s a me   ba nd wi d th  i nd i c ate s   t ha t he   s ep arati on   be tw ee n   th an t en n e l e me nt   no af fec ted   t th an te nn r e s on an c e.    A s   pr es en te i F i gu r 7,  t he   ga di s tan c aff ec te to  th mu tu al   c ou pl i ng   be twe en   t he   an ten na   e l e m en t.  T h ga be tw ee the   a nte n na   e l em en i s   de f i ne s i nc th r es ul t   i s   s i g ni f i c an t F i gu r e   7   s ho ws   the   s i m ul ate tr a ns mi s s i on   c o eff i c i e nt  (S 12 )   of   t he   Dua l   E l em en t   P IFA  wi t h d i ff erent  ga p  d i s tan c e.   C l os e  ga p d i s tan c e  b etwe e n t w o a nte nn a  el em e nt  wi l l  i nc r ea s the   mu t ua l   c o up l i n g,  wh i c i s   th el ec tr o ma gn et i c   i nte r ac ti on   be t wee t he   an ten n el e me nts   tha wi l l  af f ec t t he   i s ol ati on   v al ue   [2 4 25] It c a be  s e en  f or th mm   ga p   d i s tan c e,  th e a nte nn a   ha s   p oo r   i s ol ati on ,   wh i c h   i s   - 14   d B I nc r ea s i n the   g ap   di s t an c e   wi l l   i mp r ov e   th i s ol at i on   v al ue   wi th  the   hi gh es t   i s o l at i o v al u i s   - 25   dB   wh en   th a nte nn a   el em en t s   k ee a pa r   wi th  40   mm   ga p.       T ab l e  2 .   R es ul t S um m ary   f or the  D ua l  E l e me n t M I MO   P IFA     Ga p   D is t a n c e   ( mm )   E lemen t s   1 0   d B   B a n d w idt h   ( MHz )   Ga p   D is t a n c e   ( mm )   E lemen t s   1 0   d B   B a n d w idt h   ( MHz )   5   P I F A   1   3770   25   P I F A   1   3680     P I F A   2   3770     P I F A   2   3680   10   P I F A   1   3720   30   P I F A   1   3750     P I F A   2   3720     P I F A   2   3720   15   P I F A   1   3640   35   P I F A   1   3710     P I F A   2   3640     P I F A   2   3710   20   P I F A   1   3710   40   P I F A   1   3766     P I F A   2   3710     P I F A   2   3766           F i gu r 7.  S i mu l ate tr an s m i s s i on  c oe ff i c i e nt  (S 12 )  fo r   t h du al   el e me nt  MI MO  P IFA     wi th  di f ferent  ga p d i s tan c e       F i gu r e   8   r ep r es e nts   t he   ga i n   an t he   eff i c i e nc y   of   th e   Du al   E l e me nt   M IMO  P IF A   w i th   di ff erent  g ap   d i s tan c e.  A s   s ho wn  i F i gu r 8,  fr om   the   15   mm   ga d i s tan c t 20   mm   ga p   di s tan c e the   an ten na   ga i r i s e   up   s ha r pl y   ap prox i ma te l y   dB   i nc r em e nt  a nd   the s l owl y   s us tai the   ga i n   v al u e.    T hi s   s i tua t i on   s i m i l ar  to   th a n ten n ef fi c i en c y wh ere  t he   eff i c i en c y   r i s e   s ha r pl y   at  th s am ga di s tan c e.  Inc r ea s i ng   th ga p   di s tan c i mp r ov ed   th i s o l ati o an th i s   al s o   c on tr i b ute   t t he   e nh a nc em en of   the   an ten na   ga i a nd   eff i c i en c y T h m ax i mu v a l u of  the  g ai n i s  6 .73 0 d B  a nd  t ot al  e ffi c i en c y  i s  9 9.9 ac hi e v ed  wi t h 4 0 m m g a p d i s tan c e.    T he   s i mu l ate r es u l ts   for  en v el op e   c orr el at i o c oe ffi c i en ( E CC) di v ers i ty   ga i a nd  mu l t i p l ex i ng   ef fi c i en c y   be tw ee P IFA  an P IF A   ar pres en t ed   i T ab l 3.  T h E CC  i s   us ed   to  ev a l u ate   th d i v ers i ty   c ap ab i l i ty   of  mu l ti - a nte nn a   s y s tem T he   E CC  v a l u l o wer   th an   0.0 s ho ws   tha th MIM O   an te nn ha v i ng   go o d i v ers i ty   pe r forma nc [ 26 ] .   B as ed   o th r es u l ts   i c an   b s ee t ha t   the   v al u e   of   th E CC  ap pr oa c hi ng   to   z ero  r e pres en ts   the   r ad i a ti on   pa tte r n   of  P IFA  a nd   P IF A   di r ec ted   away   fr om   e ac oth er,  whi c i s   ne ar l y   un c orr el a ted F r om   th e   c orr el ati on di v ers i ty   ga i ( DG )   of  MIM O   an ten na   c an   be   de f i ne d.  F or  t wo  un c orr el ate an te nn a,   t h d i v ers i ty   ga i n   wi l l   be   ap prox i m ate l y   1 d B Mu l ti p l ex i ng   eff i c i e nc y   ( ME )   i s   d efi ne d   fr om  th e e nv el o pe  c orr e l at i on  a nd  t he  g ai n o the   two  an te nn el em e nt.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N:  1 69 3 - 6 93 0       Dual  el em en MIM O   pl a na r   i nv erted - F   an t en n a   fo r  5G  mi l l i me t er…    ( H.  M.  R.  Nuru l )   1653       ( a)         ( b)   F i gu r 8.  T h e s i m ul ate d  ( a) gai n a md     ( b) effi c i en c y  fo r  th pr o po s ed  a nte n na  w i th  di ffe r e nt  g ap  d i s tan c e       T ab l e  3.   P erfor ma nc e  Cha r ac teri s ti c  of  th e  Du al   E l em e nt  MI MO  P IF A     wi th  Di ff erent G ap  D i s tan c e   Ga p   D is t a n c e   E n v e lop e   C o r r e lat ion   D iv e r s i t y   Ga in   ( d B )   Mult iple x ing   E f f i c ien c y   5   mm   0 . 0 0 0 6 0 1 0   9 . 9 9 8 6 9 3 5   - 0 . 2 1 2 2 4 9   1 0   mm   0 . 0 0 0 1 3 7 8   9 . 9 9 9 7 0 0 7   - 0 . 0 8 4 9 8 5 5   1 5   mm   0 . 0 0 0 0 1 8 5   9 . 9 9 9 9 5 9 8   - 0 . 0 7 0 1 4 9 5   2 0   mm   0 . 0 0 0 0 1 0 8   9 . 9 9 9 9 7 6 4   - 0 . 0 7 6 2 1 1 7   2 5   mm   0 . 0 0 0 0 1 2 1   9 . 9 9 9 9 5 3 1   - 0 . 0 9 4 6 9 6 1   3 0   mm   0 . 0 0 0 1 3 6 9   9 . 9 9 9 4 2 8 9   - 0 . 0 9 1 8 8 4 7   3 5   mm   0 . 0 0 0 1 3 6 9   9 . 9 9 9 4 2 8 9   - 0 . 0 9 1 8 8 4 7   4 0     m m   0 . 0 0 0 2 6 3 0   9 . 9 9 9 4 2 8 0   - 0 . 0 9 3 7 2 0 1       3.4 S imu l ated   R etu r n   L o ss   and   Radi atio n   P a t t er n   o f   t h An t enn w it h   20   m             G ap Dist an ce   F r om   ob s erv at i o of   the   r es ul ts   for  ga i a nd   eff i c i en c y   of  t he   pr op os e a nt en na ,     i s h ows   t ha t   the   a nte nn a   s us tai ns   t he   pe r f orma nc s tart  for 20   mm   g ap   di s t a nc T h erefore,  the   prop os ed   a nte nn d ec i de to  us 20   m ga di s t an c as   the   be s op t i m i z a ti on F i gu r s ho ws   the   s i mu l at ed   s c att e r i ng   pa r am ete r   w i th   3. 71   G Hz   ba nd wi dth   an d   - 23   dB   i s ol at i on .   P ol ar  pl ot   of  the   r ad i at i on   pa t ter for  P IFA   an d   P IF A   pres en te i F i gu r e   10 .   T h po l ar  pl o for  bo th   e l em en t s   are  i d en t i c al   to   ea c h   ot he r T he   c o - po l a r i z ati o c o mp o ne n ts   x - z   pl an e   ( =0 0 )   for   bo th  el em e nt  s ho wed  i s ol i l i n wh i l th c r os s   po l ariz ati on   c om po ne nt   y - z   pl a ne   ( = 90 0 s ho wed  i da s he l i n e.   T he   MI MO   P IFA  a l s s i mu l ate w i th  bo th   po r ex c i t ed B oth   po r ex c i tat i on   g i v c o mb i na t i on   o f   far - fi el fr o bo t e l e me nts .   G ai of  t he   MI MO   P IFA   w i th   bo t h   po r ex c i t i s   4. 63   dB   a nd   t he   t ota l   e ffi c i en c y   i s   99 % F i gu r e   11   s ho ws   the   3D   r a di at i o p att ern   an d t he   po l ar p l ot  of  th e res ul ts           F i gu r 9.  S i mu l ate s c att eri ng  p arame ter for t he   du a l  e l em en P IF A  wi th  2 0 m m g ap  d i s tan c e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                            IS S N: 16 93 - 6 93 0   T E L KO MNIK   V ol .   17 ,  No 4 A ug us t   20 19 :   1 64 8 - 1 6 55   1654       ( a)       ( b)     F i gu r 10 .   Co - po l ar i z ati on   an d c r os s - po l ariz at i on  c o m po ne nts  of  r a di ati on   pa tt ern  at  2 8 GH z  fo r   ( a) PI F A   1 a nd  ( b)  P IFA  2           ( a)       ( b)     F i gu r 11 .   F ar - fi e l pa tt ern  of  MI MO  P IF A  w i th  bo t h p o r t e x c i te    ( a) 3D  far - fi el d p a tte r n (b)  c o - po l ariz at i on   an d c r os s - po l ari z at i o n       4.  Co n clus ion   T he   du al   e l e me n MI MO   P IFA  i s   c o mb i na t i o n   of  tw P IF A   el em en t.  T h an al y s i s   of   the   ga di s t an c b etwe en   the   an ten na   e l em en i s   to  r ed uc th mu t ua l   c o up l i n be tw ee t he   an te nn a   e l em en t   a nd   i m pr ov th an t en n i s ol ati on .     E CC,   M E C,   an d   DG   ha v e   be en   o bs erv ed   wi th  d i ff erent   gr ou n pl an e   l en g th  wh i c r ef l ec ts   the   g ap   di s t an c b etwe en   P IFA  an P IFA  2.   T he   r es u l ts   s ho w   th at  by   i mp r ov i n t he   i s ol at i on   of   th an ten na ,   the   a nte n na   ga i an eff i c i en c y   i s   en ha nc ed It  ha s   be en   pr op os ed   t ha t he   b es an te n na   op t i m i z at i on   o ga di s t an c i s   20   mm   as   the   g ai a nd   th eff i c i en c y   of   th a nte nn a   s tart   to   s us tai n.  T he   an t en n a   ha s   s uff i c i en   3.71   G Hz   ba n dwi dth   at  2 G Hz  freque nc y  w i th  6.6   dB   ga i n a n d 9 8.8 eff i c i en c y .       Ackno w ledg em ent s     Nur ul   Hus n wo ul l i k e   to   tha nk   th M aj l i s   A ma n ah     Rak y at   ( MA RA )   an d   Un i v ers i ti   K ua l Lu mp ur  B r i t i s Ma l ay s i an   I ns ti t ute   for h er   po s t gradua te  s c ho l ars hi p a nd   the  s up erv i s i o n o f   l ab oratory   fac i l i t i es .   T hi s   r es ea r c s up po r te by   th Mi n i s tr y   of  Hi g he r   E d u c at i on   un d er   F un da me n tal   Res e arc G r an S c he m e   ( F RG S )   wi th  r efe r en c e   c od e   F RG S /1/ 20 1 7/TK 04 /UN IK L /02 /1 2.        Ref er en ce s   [1 ]   Ary a n f a r F Pi  J Zh o u  H,  Hen i g e  T Xu  G, Ab u - Su rra  S,  e a l M i l l i m e te r - wa v e  Ba s e  St a ti o n  f o r M o b i l e   Bro a d b a n d  Co m m u n i c a ti o n 2 0 1 5  I EEE  M TT - S I n M i c r o w S y m p   IM S.  2 0 1 5 1 3   [2 ]   Wu   D,  W a n g   J ,   Cai   Y G u i z a n i   M M i l l i m e te r - wa v e   M u l ti m e d i a   Co m m u n i c a ti o n s :   C h a l l e n g e s ,   M e th o d o l o g y a n d  Ap p l i c a ti o n s IEEE  Com m u n i c a ti o n  M a g a z i n e 2 0 1 5 5 3 (1 ):  2 3 2 2 3 8   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KO MNIK   IS S N:  1 69 3 - 6 93 0       Dual  el em en MIM O   pl a na r   i nv erted - F   an t en n a   fo r  5G  mi l l i me t er…    ( H.  M.  R.  Nuru l )   1655   [3 ]   Pi   Z,   Kh a n   F.   An   i n tro d u c ti o n   to   M i l l i m e t e r - wav e   M o b i l e   Br o a d b a n d   Sy s te m s .   IEEE  Com m u n i c a t i o n   M a g a z i n e 2 0 1 1 ;  4 9 (6 ) 1 0 1 1 0 7   [4 ]   J i n   D,  Xi a o   S L i u   C,   Wa n g   B Nov e l   D u a l  F re q u e n c y   Ta p e re d   Sl o A n te n n a  f o r L M DS  a n d   Wi r e l e s s   HD 2 0 1 0  I EEE  I n t e r n a t i o n a l     Con f e re n c e   U l tra - W i d e b a n d .  2 0 1 0 1 1 4   [5 ]   So n   L T,   E k m a n   T,   O rte n   P.   P e rfo rm a n c e   o t h e   M u l ti - c a rri e r   Sy s te m   a t   t h e   2 8   G Hz   Rad i o   Fre q u e n c y   Ba n d Pro c e e d i n g s   o th e   Fi rs M o b i l e   Com p u ti n g   a n d   Wi re l e s s   Co m m u n i c a ti o n   I n te rn a t i o n a l   Con fe re n c e .   2 0 0 6 1 5 0 5.   [6 ]   G a m p a l a   G R e d d y   CJ De s i g n   o f   M i l l i m e te wa v e   An te n n a   Arra y s   fo r   5 G   Ce l l u l a A p p l i c a t i o n s   Us i n g   FEKO IEEE/ ACES  I n te rn a ti o n a l   C o n fe r e n c e   o n   Wi re l e s s   In fo r m a t i o n   Te c h n o l o g y   a n d   Sy s te m s   (ICW IT S) a n d  Ap p l i e d  Co m p u t a ti o n a l  El e c tr o m a g n e ti c s  (ACE S).  2 0 1 6 6 7   [7 ]   Hara z  OM Al i   M M M Al s h e b e i l i  S,  Se b a k  A.   Des i g n  o a  2 8  /  3 8  GH z  Du a l - Ba n d  Pri n te d  Sl o An te n n a   fo th e   F u tu re   5 G   M o b i l e   Com m u n i c a t i o n   Net wor k s .   IEEE  I n t e rn a ti o n a l   Sy m p o s i u m   o n   ANt e n n a s   a n d   Pro p a g a ti o n    & USNC /UPSI  N a ti o n a l  Ra d i o  S c i e n c e  M e e ti n g 2 0 1 5 1 5 3 2 1 5 3 3   [8 ]   Hara z   O M As h ra M A l s h e b e i l i   S.  Si n g l e - Ba n d   PIF M IM O   An te n n a   Sy s te m   De s i g n   fo r   Fu tu r e   5 G   Wi re l e s s   Com m u n i c a t i o n   Ap p l i c a ti o n s 2 0 1 5   IEEE  1 1 th   In t e rn a ti o n a l   Con fe re n c e   Wi re l e s s   M o b i l e   Com p u t  i n g  Ne two k r Co m m u n i c a ti o n 2 0 1 5 ;  6 0 8 - 6 1 2 .   [9 ]   Nae i n i   M R,  F a k h a rz a d e h   M .   2 8   G Hz   Be a m - Swit c h i n g   Y a g i - Uda   Arra y   Us i n g   Rot m a n   L e n s   fo 5 G   Wi re l e s s   Com m u n i c a ti o n s I EEE  In te rn a t i o n a l   Sy m p o s i u m   o n   ANte n n a s   a n d   Pro p a g a ti o n     &   USN C/UPSI Na ti o n a l  Ra d i o  S c i e n c e   M e e ti n g  2 0 1 7 2 6 1 7 2 6 1 8   [1 0 ]   J e n s e n   M A,   M e m b e r   S,  Wa l l a c e   J W A   Rev i e w   o f   An te n n a s   a n d   Pro p a g a ti o n   f o M IM O   Wi re l e s s   Com m u n i c a ti o n s IEEE  Tra n s a c ti o n s  o n  An te n n a s   a n d  Pr o p a g a ti o n 2 0 0 4 5 2 ( 1 1 ):  2 8 1 0 2 8 2 4 .   [1 1 ]   Zh a n g   S,  Zh a o   K,   Yi n g   Z,   H e   S.  A d a p t i v e   Q u a d - e l e m e n M u l t i - wid e b a n d   An t e n n a   Arra y   fo r   Us e r   Eff e c t i v e   L TE  M I M O   M o b i l e   Te rm i n a l s IEEE  Tra n s a c ti o n s   An te n n a s   Pro p a g a ti o n 2 0 1 3 6 1 ( 8 ) :     4275 4 2 8 3   [1 2 ]   Sa l h   A,  A u d a h   L ,   Sh a h i d a   N,   Sh a h   M ,   Ham z a h   SA.   s tu d y   o n   th e   a c h i e v a b l e   d a ta   ra t e   i n   m a s s i v e   M IM O   s y s te m AIP  Con fe re n c e  Pro c e e d i n g s .   2 0 1 7 1 8 8 3 ( 1 );   2 0 0 1 4 .   [1 3 ]   Has h e m   YAM K Hara z   O M ,   El - Sa y e d   EDM 6 - El e m e n 2 8 /3 8   G Hz   Dua l - b a n d   M IM O   PIF A   fo F u tu r e   5 G   Cel l u l a S y s te m s 2 0 1 6   IE EE  An te n n a s   Pro p a g a t i o n   So c i e t y   I n te rn a ti o n a l   Sy m p o s i u m   APSU RSI   2016 - Pro c 2 0 1 6 3 9 3 3 9 4   [1 4 ]   L i   Y,  Y u   B,  S h e n   H,  Zh u   L ,   Ya n g   G A n   8 - Po r Pl a n a U WB  M IM O   An te n n a   fo Fu tu r e   5 G   M i c r o   Wi re l e s s   A c c e s s   P o i n Ap p l i c a ti o n s 2 0 1 7   I n te rn a ti o n a l   A p p l i e d   Com p u ta t i o n a l   El e c tro m a g n e ti c s   So c i e ty  S y m p o s i u m  (ACES).  2 0 1 7 2 3   [1 5 ]   Che n   SC,  Wa n g   YS,  Chu n g   SJ Dec o u p l i n g   Te c h n i q u e   f o In c re a s i n g   th e   Po rt  Is o l a t i o n   Be twe e n   Two   Stro n g l y   Co u p l e d   An t e n n a s .   IEEE  Tr a n s a c t i o n s   An te n n a s   Pro p a g a ti o n 2 0 0 8 5 6 (1 2 ) :     3650 3 6 5 8   [1 6 ]   If ti k h a r A,  Ra fi q   M N, M a s u d  M M Ij a z  B,  Ro y  S,  Bra a te n  BD.  A Du a l  Ba n d  Ba l a n c e d  Pl a n a In v e rt e d   F   An te n n a   (PIF A)  fo M o b i l e   A p p l i c a t i o n s 2 0 1 3   IEEE  An t e n n a s   Pr o p a g a ti o n   So c i e t y   In t e rn a ti o n a l   Sy m p o s i u m .  2 0 1 3 1 1 9 6 7.   [1 7 ]   Ve rm a   A,  C h a u h a n   A,  L a l   T.   Des i g n   o Tr i p l e   B a n d   Com p a c PI FA  An te n n a   fo DC S,   PC S,  UM TS,   4 G   L TE,   Wi M AX  Ap p l i c a ti o n s .   2 0 1 5   4 th   I n te rn a ti o n a l   Con fe r e n c e   o n   Rel i a b i l i t y   In fo c o m   Te c h n o l o g i e s   O p ti m i z a t i o n  (I CR I TO) (Tr e n d s  F u tu re  Di re c ti o n s ).  2 0 1 5 4 7 .        [1 8 ]   M o rs h e d   KM ,   Es s e l l e   KP W i d e b a n d   Sl o tt e d   P l a n a I n v e r te d - A n te n n a   fo M i l l i m e te r - Wa v e   5 G   M o b i l e  De v i c e s 2 0 1 6  I EEE R e g i o n  1 0  S y m p o s i u m 2 0 1 6 1 9 4 1 9 7   [1 9 ]   Th o m a s  T Ch a ri s h m a  G, Ve e r a s wam y  K.   M IM O  An te n n a  S y s te m  wi th  Hi g h  Gai n  a n d  L o SAR a fo r   UE  o f   5 G   O p e r a ti n g   M M   wav e De s i g n .   2 0 1 5   1 0 th   In t e rn a t i o n a l   C o n fe r e n c e   I n fo rm a ti o n ,   Com m u n i c a ti o n  Si g n a l  Pro c e s s i n g  (I CICS). 2 0 1 6 1 - 5.   [2 0 ]   Th o m a s t   T,   Ch a ri s h m a   G M M   Wa v e   M IM O   An te n n a   Sy s t e m   fo UE  o 5 G   M o b i l e   Com m u n i c a t i o n :   Des i g n 2 0 1 5  An n u a l    IEEE  I n d i a  Co n fe re n c e  ( INDICO N). 2 0 1 5 1 5   [2 1 ]   Red z wan   FNM A l i   M T,   Ta n   M N,  M i s wad i   NF.  De s i g n   o P l a n a I n v e rte d   An te n n a   fo L TE  M o b i l e   Ph o n e  A p p l i c a t i o n .  I EEE Re g i o n  1 0  S y m p o s i u m 2 0 1 4 1 9 2 2 .     [2 2 ]   L i   Z,   Du  Z,   Ta k a h a s h i   M Sa i t o   K,  It o   K.  Red u c i n g   M u tu a l   Cou p l i n g   o M IM O   An te n n a s   wit h   Pa ra s i ti c   El e m e n t s  f o M o b i l e   Te rm i n a l s IEEE  Tra n s a c ti o n s  A n te n n a s   Pro p a g a ti o n 2 0 1 2 6 0 (2 ):  4 7 3 4 8 1   [2 3 ]   Fa u z a n   M Pu r n o m o   E,   Pra m o n o   S,   M a r e US,  P a m u n g k a s   M T a u f i k   T,   e t   a l Stu d y   o t h e   Eff e c o f   Ai r - g a p   o n   Arra y   M i c r o s tr i p   A n te n n a   Pe rfo rm a n c e s   f o M o b i l e   Sa t e l l i te   Com m u n i c a ti o n s 2 0 1 5   4 th   In te rn a ti o n a l   Con f e re n c e   o n   Rel i a b i l i ty ,   In f o c o m   Te c h n o l o g i e s   a n d   O p t i m i z a ti o n   (ICRIT O ).    2 0 1 5 ;   1 0 (2 0 ):   9 8 0 8 98 15.   [2 4 ]   J i a o   T J i a n g   T,   L i   Y.  L o M u tu a l   Cou p l i n g   M IM O   An te n n a   Us i n g   3 - El e c tro m a g n e ti c   Is o l a ti o n   Wa l l  St r u c t u re s Si x th  A s i a - P a c i fi c  Co n fe re n c e  A n te n n a s  Pro p a g a t i o n .  2 0 1 7 3 4   [2 5 ]   L i   W,   L i n   W,   Ya n g   G A   Com p a c M I M O   An te n n a S y s t e m   D e s i g n   wit h   L o w   Corre l a ti o n   fr o m   1 7 1 0   M H z   to  2 6 9 0  M H z   Pr o g re s s  I n  El e c tro m a g n e ti c s  Re s e a r c h .    2 0 1 4 1 4 4 :   59 - 6 5   [2 6 ]   Pra m o n o   S,   BB,  H   SS.   Com p a c De s i g n   Ei g h El e m e n M u l ti p l e   I n p u t   M u l ti p l e   O u t p u t     M i l l i m e te r - wa v e  An te n n a J o u r n a l  o En g i n e e r i n g  S c i e n c e  a n d  T e c h n o l o g y 2 0 1 9 1 4 (1 ) 2 6 5 2 7 8     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.