Int ern at i onal  Journ al of Ele ctrical  an d  Co mput er  En gin eeri ng   (IJ E C E)   Vo l.   9 , No .   5 ,  Octo ber   201 9 , pp.  42 17 ~4 225   IS S N: 20 88 - 8708 ,  DOI: 10 .11 591/ ijece . v9 i 5 . pp 4 217 - 42 25          4217       Journ al h om e page :  http: // ia es core .c om/ journa ls /i ndex. ph p/IJECE   Des i gn o f a comp act hex agon al stru ctured  du al band MIM O  antenna  u sing orth ogonal p olarizat ion for WLAN     and satel lite app lications       Az i z  D kiou ak 1 , Mohssi ne El   Ouaha bi 2 , A li a  Z ak ri ti 3 ,  M ohsi ne K ha ll ad i 4 , A ic h a Mch ba l 5   1,2,3 Depa rtment   o f  Civi l   and   Indus tri al Sci ences a n d  Technol ogi es ,   Abdelmale k  Essaâ di   Univer sit y ,   Morocc o    4,5 Facul t y   of  Sci enc es,   Abdelmal ek  Essaâ d i  Univ ersity ,   Morocc o       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   Feb  13 , 201 9   Re vised  A pr 4 ,  201 9   Accepte d Apr  19 , 201 9       In  thi s  pap er,  a  compac t  du al   b a nd  m ult ipl e - inpu t  m ult iple - outpu t  (MIM O)  ant enn a  s y st em  for  W LAN  and  X - band  satellit e  applications  ( 2. 4/9. 8  GH z   respe ctively )   is   proposed.   On  the   top  face  of   the   subs trate,  t wo  ant enna  el ements  with  a   size   of  20× 24  m m 2   are   pla ce d   side  by   side  a nd  fed   with   m at ch ing   ortho gonal   m ic ro - stri p  li nes.   The   t wo  ant enna  ele m ent s  have  orthogona l  po la r iz a ti on  which   c an  red u ce   th e  m utua l  coupling   bet wee n   it s   ports.   The   desig ned  ant enn a  s y s te m   is  fab ric ate d  and  m ea sured  to  val ida t e  the   sim ula ti on  result s.  Th e  impedance  bandwi dths  are   about  370  MH z    (2. 19  to  2. 56  GH z)  and  630  M Hz  (9. 44  to  10. 07  GH z),   while   the   obtaine d   isola ti on   is  gr e at er   tha n   14  d B  at  the  oper ating  bands.  Furt her m ore ,   the  enve lop e  cor relati on  is  le ss   tha n  0. 052  and  0. 008  at   2. 4  and   9. 8  GH z,  respe ctively .   He nce   th e  div ersity   g ai n  is  high er   tha n  9. 98   in  th e  fre que n c y   bands  of  in te r est .   Ke yw or d s :   En velo pe  c orre la ti on  coe f fici ent   Dive rsity  g ai n    MIM O  a nten na   Mutual  c ouplin g   WL AN   X - ba nd satel li t e   Copyright   ©   201 9   Instit ut e  o f Ad vanc ed   Engi n ee r ing  and  S cienc e .    Al l   rights re serv ed .   Corres pond in g  Aut h or :   Aziz   D kioua k,     Dep a rtm ent  of  Ci vil and  I ndust rial  Sciences  and Tec hnolog ie s ,   Nati on al   Scho ol of  A pp li ed   S ci ences ,   Abdelm al ek  Essaâdi  Un i ver sit y,    N ei ghbo rho od  Salam ,  Av  Ta ha  Hou si n N° 4   M' diq ,  Tet ouan , Morocc o .   Em a il :  dk iou a ka zi z@hotm a il . fr       1.   INTROD U CTION     Accor ding  to  IEEE  sta nd a r ds ,   the  X - ba nd  is  a  ran ge  of   f requen ci es  in  the  m ic ro wa ve  radi o  reg io n  of   the  el ect ro m agn et ic  sp ect r um . Th is  range is a ll ocated b y t he IEEE at  8.0 a nd  12.0 G Hz.   T he X - band  is  w idely   us e d  in  rad a r  app li cat io ns   su c h  as  ai r  traff ic   con t ro l,  m arit i m e  vessel  traff ic   con tr ol,  veh i cl e  sp eed  dete ct ion,   people;  and  nat ur al  e nviro nm ent.   To day ,  MIM O /diversity   te ch niques  a re  la r ge ly   us ed   in  m ob il e  com m un ic at ion ,  t o  i ncr ea se  the  SNR   value,   a nd  to  i m pr ov e  the  c ha nn el   ca pacit y  as  well   as  the  data  rate  in  fa ding  en vir onm ent  due  to  m ulti path.   The  util iz at ion  of   Mult iple - I nput  Mult iple - Ou t pu t  (MIM O)   s yst em   is  c on si der e d  as  a  key  of   W i - Fi,   GP S,   third   gen e rati on  ( 3G),   f ourt h  gen e rati on  ( 4G)  an d  the  fift h - gen e rati on  ( 5G)  wireless  c omm un ic at ion   syst e m s,   al l  in  a  c om pact  siz e.  T his  te c hnology  has  be en  a dopte d  to   a chieve   hi gh - s pe ed  data  rate   in   both   rece ptio n  an d  transm issi on , a nd enha nce the  quali ty  o f  se r vi ce (QOS ).     On e  im po rta nt  requirem ent  fo r  M IMO  a ntenn a  syst e m s  is   low  m utu al   couplin g  bet we en  di ff e re nt   ports  ante nn a  e lem ents.  Con se qu e ntly ,  since  t he  cl os el y  sp ac ed  ante nn a s  ca n  caus e  a  stron g  m utu al   cou pling,   it   is  ver y  diff i cult  to  achiev e  a  high  isolat ion   in  a  sm al l   siz e,  wh il e  m ai ntainin g  good  isolat io n  bet wee n  anten na  el e m ents  [1 ] .   Se ver a l  m e tho ds  for  enh a ncin g  isol at ion   in  MIM O  anten nas  ha ve  bee n  repo rted  in  th e   li te ratur e.  S ome   eff ect ive   te ch niques   hav e   be en  pu t forwa r d  in  re fs.  [ 2 – 1 6 ] ,  w hich  i nclu de :  DMN  (d ec oupli ng   and   m at ching   netw ork)   c ompo s ed  of   se rie s/shunt  reacti ve   el e m ents  [2 ] ,  ei gen m od e  DMN  a ppr oac h  [ 3],   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :    4 2 1 7   -   4 2 2 5   4218   def ect e d  ground  str uctur e   ( DGS)  [4 - 7],  e le ct ro m agn et ic   ba nd - ga p  (E BG)  [8 - 11 ] ,  ELC  Re son at or   [ 1 2 ],  neu t rali zat ion  l ine [1 3,   14 ] , and usin g  m et a - m at erial  stru ct ur e  [1 5 , 1 6 ].   In   this  pa per,  we  pr e sent  a  com pact  hex ag on al   dual - el em ent  MIM O  ant enn a  with  good  isolat ion   at   the  ope rati ng  bands .  T he  id entic al   two  a nten na  el em ents  are  or th ogonal ly   placed  i n  order  to  ac hiev e   or t hogonal  po l arizat ion ,   w hic h  ca n  re duce  the  m utu al   co upli ng  bet ween  the  tw o  a nten nas  a nd  in  ord er  to   reduce  the  siz e  of   this  str uct ur e .  The  pro pos e d  MIM O  a nten na  operate s  at   2. 4/ 9.8  G Hz,   w hic h  co ve rs  the  WL AN   a nd   X - band  sat el li te   a pp li cat io ns .  T he   MIM O   ante nna  has  a  sm al l  siz e  of   20× 24 ×1.6  m m 3 ,  whereas   the  isolat io n  obta ined   wa s  hig he r  t han  14 dB   at   bo t h  fr e qu ency  ba nds.  T he  e nv el op e   co rr el at ion  co ef fici ent  in  the  lo wer  a nd  the  uppe r  ba nds  is  le ss  t ha n  0.0 52  a nd  0.0 08 ,  res pecti ve ly .  On  the   ot her  ha nd,  a   di ver sit y  gai n  of m or e than 9 . 98 is  ob ta ine d at  the tw o  i nter est ed ban ds .       2.   AN TE NNA   D ESIGN     The  c om pact  MIM O  a nten na   consi sts  of  two  he xago nal  el e m ent  anten na  syst em s  wi th  an  overall   siz e  of   24×2 0  m m 2 .  The  two  pri nte d  he xa gonal  a nt en na   el e m ents  are  fed   by  50Ω  i m ped ance  ort hogo nal   m ic ro - strip   fee d  li nes,  w hich  are  place d  sym m et rical l y,  and  m ou nted  on  a  1.6 - mm - thick  FR4  s ubstrat e  with  a   relat ive  pe rm i t ti vity   of   4.4  a nd   a  l os s  ta ngent  of  0.0 2.   T he  str uctu re  of   the  pro posed   MIM O  a nten na   with  detai le d  dim en sion s   is  s how n  in  Fig ur e   1.   Diff e re nt  f or m s  on  t he  gro und  plane   are   et ched  to   en ha nc e  th e   perform anc e  of   the  pro po s e d  MIM O  ante nn a .  The  detai le d  dim ensions  of   the  pro pose d  MIM O  a nten na  syst e m  are  il lustra te d  in  the  T able 1.           (a)   (b)     Figure  1. Ge om et ry o f  the   propose d  a nten na : (a)  t op v ie w, ( b)   bott om  v ie w       Table  1.   Dim e ns io ns   of the  prop os ed  an te nna   Para m eters   Valu e ( m m )   W   24   L   20   W f   W 1   W 2   a   D   b   L 2   L 1   h   x   h 1   h 2   x 1   x 2   3   5   1   2 .83   6   2   7   4   10   0 .5   9 .5   7 .5   1   5         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  a  c omp act  hexag onal struct ur e d d ua l  band  MIM O an te nna  ( Azi z D ki ouak )   4219   3.   AN TE NNA   A NA L YS I S     3.1.    S - p arameters   In   this  sect io n,  we  dis play   the  eff ect   of  the   diff e ren t  slots   on   the  a da ptati on   an d  the  e f fect  of   th e   distance  D  be tween  t he  tw o  m on opoles  on  the   isolat io n,  w hile  kee ping  the   ot her   di m ension s   co nst ant.    The  sim ulate d  resu lt s  we re  a chieve d  by  us i ng   C om pu te r  Si m ulati on   Te chnolo gy  (CS T)  Mi crowa ve   Stud i o  So ft war e .   As  s how n  in  Fig ure  2 (a),  sim ulatio n  res ults  pro ve  that  the  tw o  sym m et rical  ham m er - sh a pe d  are   ver y  im po rtant   fo r  t he  ap peara nce  of  the  lo wer   f re qu e ncy   band  at   2.4  G Hz  an d  sim ult aneously   i m prov e  t he  adap ta ti on  at   t he  tw o  bands.  Fu rt her m or e,  wh e n  t he  thir d  slot  is  et che d  betwee n  tw o  s ymm et rical   ham m er - sh a ped slots,  we n otice  a  good  enhancem ent  on im ped ance  m at ching  at t he  low e r ba nd.   On  the  oth e r  hand,  Fig ure  2 ( b)  il lustrate s   the  sim ulated   |S 21 |  ve rs us  fr e quency  wi th  di ff e ren t     values  of  D .  I n  this  fig ure,  we   obser ve  that  t he  isolat io n  in creases  wh e n  t he  distance  gro ws  f r om   4 m m   to  the   desire d  value  6m m ,  wh ic h  m e ans  that  an  acc eptable  m utu al   coupling  betw een  the  two  a ntenn a s  is   ob ta in ed  at   the  ope rati ng  ba nds.   Finall y,  base d  on  the   c om par ison  re s ults  of  t he  hexagonal  a nten na ,  Fig ure  3  s ho ws  t he   si m ulate d  res ults of the M IM O  a nten na wit h o pti m al  d i m ension s   sho wn   in  Tab le   1.           (a)   (b)     Figure  2.   Sim ulate d  S - par am et ers  of t he   propose d  a nten na: (a )  |S 11 | an d (b)  |S 21 |           Figure  3. Sim ulate d  S  par am et ers  of t he pr opos e d  a nten na       Accor ding  to  Figure  3,   the  r eflect ion   c oeff ic ie nt  |  S 11   |  is   adap te d  to  th e  desire d  f requen cy   bands     (2.4   GH z  -   9.8  GH z ),   with  45  dB  in  the  l ow e r  ba nd  an d  33   dB  in  the  uppe r  ba nd.  T he  im ped a nce  band widths   are  a bout  450  MHz  ( 2.1 7  G Hz  -   2.62  G Hz )  a nd  57 0  M H z  ( 9.50  G Hz   –   10.07  G Hz).  T he  m axi m u m   i so la ti on  is  alm os t  14  dB  at   the   tw o  operati ng  ba nds  wh ic h  i nd i cat es  a  go od  perform ance  of  the   stu died  MIM O  a nten na.  Ba sed   on  t he  op ti m al  val ues  t hat  il lustrate d  in   Ta bl e  1,  Fig ure 3  s hows   the sim ul at ed  s - pa ram eter s o f   the pr opos e d M IMO  a nten na .   Fr e q u e n c y  (GH z ) 2 4 6 8 10  S -p arame ter s (d B) - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 Wit h  a ll slo t s Wit h  H um m e r - sl o t s  Wit hout  slo t s Fr e q u e n c y  (GHz ) 2 4 6 8 10 |S 21 |  (d B) - 3 5 - 3 0 - 2 5 - 2 0 - 1 5 - 1 0 D=6  mm D=5  mm D=4  mm Fr e q u e n c y  (GH z ) 2 4 6 8 10 S -Parame ter s (d B) - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 |S 11  |  S im ulate d |S 21  |  S im ulate d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :    4 2 1 7   -   4 2 2 5   4220   3.2.    Surface c urre nt  dis tribu tio ns   As  we  ca n  see  from   F igu re  4,  the  s urface  c urre nt  is  co nce nt rated  ar ound  port  1,   w hi ch  m eans  th at ,  a   good isolat ion   betwee n  ante nna ele m ents is  m ai ntained.  Note t hat, the  ef f ect  is the sa m e  from  p or t 2  to  port 1 .  Figure  4  dep i ct s  the  su rf ac e  cur re nt  dist rib ution s  at   2.4  an d  9.8  G Hz  w hen   tw o  ports  are  ex ci te d  si m ultaneou sly .         (a)         (b)     Figure  4. The  s urface c urren t   distrib utions  of the tw o p or ts  at : (a) 2. 4 GH z  and  (b) 9. 8 G Hz       3. 3 .    Envelo pe c orr el at io n c oeffici ent and   diver sity g ain   The  en velo pe  correla ti on   co e ff ic ie nt  ( or   co r relat ion   bet we en  the  en velo pe s  of   the  sig na ls)  [1 7 ]   i s   us e d  to  m easur e  the  c orrelat ion   betwee n  th e  two - ante nn a  el e m ents.  This   correla ti on   c oe ff ic ie nt  s houl d  be  a   sm a ll   value,   in  orde r  to  in di cat e  a  hig h  di ver sit y  betwe en   the  tw o  MIM O  ante nna  el e m ents.  The   ECC   betwee n  the  i th   and j th   ante nn a   el e m ents u sin g far - fiel d  patte r ns  ca n be e xpr essed  a s:     d P G P G X d P G P G X d P E E P E E X j i E C C j j PR i i PR j i j i PR . , 2 * *   (1)     Wh e re,  PR X   denotes  cro ss - pola ri zat ion   powe r  r at io  of   the  pro pag at io n  en vir on m ent.  G   and G ar e   the  powe r  patte rn s  of    an d    po la rizat ion s ,  resp ect ively .  P   and P de no te   th e   angular  de ns it y  functi ons  of th e θ a nd ϕ p olar iz at ion s, res pe ct ively .    i E   and   j E   are  the  el ect ric  fiel d  pa tt ern s  of  the  it h  and   j th  a nt enn a  el em ents  in  the    po la rizat ion ,   r especti vely .  i E and j E   are  t he  el ect ric  fiel d  pa tt ern s  of   t he  it h  an d  j t h  a nt enn a   e lem ents  in  th e    po la rizat io n,  res pecti vely .   I n  the   case  of  un if orm   m ul ti path  e nv ir on m ent,  1 PR X and  4 1 P P .  The  en velo pe   cor relat io n  coeffic ie nt  ECC   fo r  tw o  ant enn a s  can  be  appr ox im at ed    as foll ow :     d G G d G G d E E E E E C C 2 2 1 1 2 2 * 1 2 * 1 .     (2)     Wh e re,  E 1   a nd  E 2   are t he  f ar - f ie ld r a diati on   pa tt ern s, ge ner at ed fr om  p or ts  1 an d 2 respecti vely .    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  a  c omp act  hexag onal struct ur e d d ua l  band  MIM O an te nna  ( Azi z D ki ouak )   4221   Figure  5  repre sents  the  sim ulate d  env el op e   correla ti on   c oe ff ic ie nt  of  the   propose d  MI MO  anten na   from   far - fiel d  patte rn s .  As  obser ve d  f r om   t his  fi gure,  t he  ECC   is  ver y  l ow  at   the   operat ed  f re qu e ncy  ba nds,  wh ic h  are  a bout  0.0 52   at   2.4   GH z  a nd  0.0 08  at   9.8  G H z.  As  can  s ee  fro m   the  F igu re  5,  the  seve re  c ouplin g  betwee n  the  a nten na  el em ents  at   the  lowe r   band  ca us es  a n  en vel op e  c or re la ti on   of   a r ound  0.052,  w hi ch  is  m uch   lower   t ha n  the  ru le   of   thu m b  thres ho ld  of  0.5 ,  the  sam e  thing   for   the  co rr el at io n  of  the  uppe r   band   wh ic h  is  ne glig ibly  sm a ll .           Figure  5. The  e nv el op e  correl at ion  c urve       The  di ver sit y  ga in  is  then  obta ined  as  a  ra ti o  of   the  SN R  of  the  com bin ed  sign al   relat ive  to  that  of   a  ref e ren ce  sig na l  at   a   giv en  pro ba bili ty   le vel.   The  relat ion   betwee n  div e rs it y  gain  and   correla ti on   coe f fici ent   can  be give n b y t he  f ollo wing  appr oxim a te  ex pressi on [1 8 ].     DG = 10 √ 1 − | ρ | 2     (3)     Wh e re    is  the  com plex  cro s s  c orrelat ion   c oeffici ent,  an d  | | 2 ≈  .  A s  show n  in  F i gure 6 ,  th e  val ue   of   th e  pr ese nted  MI MO  anten na  di ver sit y  gain  is  arou nd   10  dB  acro s s  the  bo t h  op erati ng  f requen cy   ba nds.  F igure  6  il lustrate s the  DG of th e  design e d  M IMO a nten na .           Figure  6. Di ve r sit y  gain  of  t he  prop os ed  MI MO       4.   FABRI C ATI ON   A ND   ME ASURE D   RE SU LT S   4 . 1.     S - p arameters   In  orde r  t o  va li date  the  si m ula te d  res ults,  we  hav e   fa br ic at ed   an d  te ste d  the   propose d  MI M O   anten na.   T he  f abr ic at io n  pro cess  is  carried   ou t  at   Abdel Ma le K  Essaâd i  Un ive rsity   Laborato ries.  It  is  done  Fr e q u e n c y  (GHz ) 2 4 6 8 10 ECC 0 , 0 0 0 , 0 2 0 , 0 4 0 , 0 6 0 , 0 8 0 , 1 0 0 , 1 2 Fr e q u e n c y  (GHz ) 2 4 6 8 10 Diver sity  Gai n  (d B) 9 , 9 4 9 , 9 5 9 , 9 6 9 , 9 7 9 , 9 8 9 , 9 9 1 0 , 0 0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :    4 2 1 7   -   4 2 2 5   4222   us in g  a  pr inte d  ci rcu it   boar d  ( PCB )  m i ll ing   m achine:  The  L PK F  Protom at   E33.  Fig ur e  7  sh ows  a  phot ogra ph  of   the  fabrica te d  ante nn a .  The  sim ulate d  a nd   m easur e d  S - pa ram et ers  of   the  pro po se d  MIM O  a ntenn a  a r e   com par ed  i n  F igure  8  an d  li ste d  in  Table  2.   T he  m easure d  re su lt s  were  obta ined   by   us in g  a   Ro hde  an d  Schwarz  ZV B   20 v ect or n et w ork  a naly zer.            (a)   (b)     Figure  7. P ho t ogra ph of the  fa br ic at ed  an te nna:  ( a )  fron t  vi ew,   ( b)   bac k view       It  is  ob se rved  that  the  retu rn  and   i ns erti on  loss  cu rv e s  of  an  overall   tre nd  bet ween   sim ulate d  an d  m easur ed  res ul ts  are  alm os t   well   m at ched   excep t  that  the  m easur ed  |S 11 |  sh ifts  a  litt le   hig her   tha n  t he   si m ulate d  on e .  This  is  due  to  t he  fa br ic at e d  im per fecti on s,  t he  loss  of   t he  f eedin g  cable  use d  in  m easur e m ent,  and   c onnecto rs .  Since  the  two  antenn a  el em e nts  are  sym m etr ic al ly   plac ed,   on ly   |S 11 |  and   |S 21 |  are  rep rese nted .   The  m easur ed  resu lt s  f or   |S 11 |  <10   of   the  t w o  f reque nc y  ba nd s  a re  ab out  460  M Hz  ( 2.31 - 2.77   GH z )  re s on at e d  at   2. 4  GHz,  an d  53 0  MHz  ( 9.63_ 10.20  GH z )  res on at e d  at   9.8GHz,  w hich   correspo nd   t o  WL AN   a nd   s at el li te   app li ca ti ons.   Me anwhil e,  th e  m easur ed  is olati on   is  bette r  tha n  27   dB   an d  17  dB  in   bo t h  lo we r  a nd   uppe r   bands  r es pecti vely , which  in dicat es the  pro po s ed  MIMO  a nten na goo d pe rfor m ance.           Figure  8. Sim ulate d  an d  m easur e d S - par am eter s  of the  pro pose d  MIM O  a nt enn a       Table  2.  Mea s ur e d  a nd sim ul at ed  im ped anc e b a ndwidt hs   of the  prop os e d du al - ba nd MI MO an te nna     Lower ban d   Up p er  b an d   F L   (GH z)   BW  (GHz )   F U   (G Hz)   BW  (GHz )   Measu red   2 .46   2 .31   -   2 .77   1 0 .03   9 .63 _ 1 0 .20   Si m u lated   2 .4   2 .17   –   2 .62   9 .8   9 .50   –   1 0 .07       4. 2.     Radiat i on pat terns     The  m easur e d  an d  t he  sim ulate d  rad ia ti on  patte rns  of  the  pr op os ed   MIM O  antenn a  at   th e   fr e qu e ncies  of   2. 4  G Hz  an d  9.8  GHz  in  the  E - Plane  an d  H - Plane  wh e n  port  one  is  excit ed  an d  othe r  port   te rm inate d  wit h  a  50 - Ω  l oad  are  pr ese nted   in   Fig ures  9.   As  s how n  in   F igure  9,   t her e   is  a  go od   a gr ee m ent  Fr e q u e n c y  (GH z ) 2 4 6 8 10 S -p arame ter s (d B) - 4 0 - 3 0 - 2 0 - 1 0 0 |S 11 |  S im ulate d |S 21 |  S im ulate d |S 11 |  Me a sur e d |S 21 |  Me a sur e d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  a  c omp act  hexag onal struct ur e d d ua l  band  MIM O an te nna  ( Azi z D ki ouak )   4223   betwee n  the   si m ula te d  an d  m easur e d  gain   pa tt ern s  at   bo t h  fr e quency  ba nds.  H ow e ve r,   t he  sli ght  diff e r ence  betwee n  t he  m easur e d  an d  si m ula te d  ra diati on  patte r ns  co m es  pr i ncipall y  from   the  m e asur em ent  se tu p  s uc h  as  ang le   cal ibr at ion   w hich  ca us es  the  de viati on   bet ween   m easur e d  an d  sim ula te d  ph i  in   x - y  plane,   a nd  the   m easur em ent  is  not  car ried   out  in  a n  anec ho ic   cham ber .  Fi gure 9   s how s  t he  sim ulate d  and  m easur ed   ra diati on  patte rn s  of t he prese nted  MI MO an te nna at  2 . 4  a nd  9.8 G Hz.           (a)     (b)         (c)   (d)     Figure  9. Sim ulate d  an d  m easur e d radiat io n patt ern s  of t he M IMO  a nten na  at fr e quen ci es:  ( a)  E - plane   at  2 . 4 GH z , (b )  H - pla ne  at   2.4  GHz,  (c) E - pl ane at  9.8 GHz , (d) H - pla ne  at  9 . 8 G Hz       5.   PERFO R MANC E  COMP A RA I SO N   In   t his  sect io n,  we  c om par e   so m e  par am e te rs  of  the  pr opos e d  MIM O  ante nna  by   so m e  oth er  repor te d  MIM O  anten na .  Th e  com par ison   has  bee n  do ne   in  te r m s  of   the  ba ndwi dth ,   env el op e  c orr el at ion   coeffic ie nt,  siz e  and   isolat io n.  Table  3  re pr es ents  the  P er for m ance  com par ison s  betwee n  the  pro po se d  MIM O   anten na  a nd   ot her   repo rted  a nten nas.   Af te r   the  com par is on,  we  c an  sa y  that  the  pres ented  a nten na  with  a  com pact siz e and an acc epta bl e isolat ion  is  s uitable  for M I MO syst em  ap plica ti on s.       Table  3.   Per for m ance co m par isons  of  t he pr opose d an d rep ort ed  M IMO  a nt enn a s   - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Sim ula t ed Mea sure d - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Sim ula t ed Mea sure d - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Sim ula t ed Mea sure d - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 - 40 - 35 - 30 - 25 - 20 - 15 - 10 -5 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 Sim ula t ed Mea sure d Re f.   Size  ( m m 3)   Ba ndwidt h  ( G Hz)   Iso la ti on  (d B )   Perm itti vity   r   ECC   Sub.   Ar ti cl e   24 ×  20 ×  1.6   2.35  -   3.0 5 &  5.1 2  -   5.51   15   4.4   0.052   FR4   [2]   36 × 30. 16 × 1.5   2.3 - 2.7 8  &  3.31 to  3.9   20   4.3   0.001 2   FR4   [3]   34 ×  36 ×  1.5   2.136 t o 2.55  & 3.3 t o 3.8 59   16.8   4.3   0.003 4   FR4   [19]   43 ×  38 ×  1.6   2.35 – 3.05 &  5.12 – 5.51   12   4.4   0.001   FR4   [20]   1.6 × 5 2  ×  77. 5   2.40 - 2.48 &  5.15 - 5.82   15   4.4   0.2   FR4   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8708   In t J  Elec  &  C om p  En g,   V ol.  9 , N o.   5 ,  Oct ober  20 19  :    4 2 1 7   -   4 2 2 5   4224   6.   CONCL US I O N    In   t his  arti cl e,  a  com pact  du a l  band   M IMO  anten na  for  W LAN  an d  X - ba nd  sat el li te   app li cat ion s  i s   pr ese nted .  T he   prot otype  a nte nn a   is  fabrica te d  a nd  m easure d.   From   the  m easur em ent  resu lt s,  we  s ho w  that   a  low  m utu al   cou plin g  of  le ss  than  27  dB  at   2. 4  GH z  an d  17   dB  at   9.8   GH z  was  ac hi eved .  T he  en velo pe   correl at ion   c oe ff ic ie nt  is  le ss  than  0.0 52  an d  a  div e rsity   ga in  m or e  than   9.98   dB  we re   ob ta ine d,   wh i ch  is  prom isi ng   f or  good  a nten na  div e rsity .  I n  a dd it io n  t he  MI MO  a nten na  is   cha racteri zed   by  a  sim ple  str uctu re,   low  co st  FR - 4  su bst rate  an d  a  com pact  siz e   of   24× 20  m m 2 ;  co m par ed  with  the  re ported  anten nas.   T hus ,  the  pro po se d  M IMO  a nten na  is  ve ry ade quat e f or  W L A N  a nd  X - ba nd satel li t e ap plica ti on s.       ACKN OWLE DGE MENTS     The  a uthors w ou l d  li ke  to  tha nk   Profe ssor  N aim a A m ar Touh am i of   Abde l m al ek  Essaâdi   Un i ver sit y,  for his  patie nt  discuss i on  on this  pap e r.       REFERE NCE S     [1]   A.  Ozde m ir  M.   and  E.  Arvas,   " D y namics   of  spati al  cor r elation  a nd  implicat ions  on  MIM O  s y stems , "   I EEE   Comm unic ati ons Magazine ,   v ol .   42,   no .   6 ,   Jun   20 04 .   [2]   W ebe r   J.,   C.   Vol m er  K.  Bla u,   R .   Stepha n  and  M.  A.  Hein,   " Mini aturiz ed  ant enn a  a rra y s  using  d ec o upli ng  net works   with  re al ist ic e l e m ent s,"  IEEE  Tr ans.  Mic row .   Th eory   Tech . ,  v ol .   54,   n o .   6 ,   pp .   27 33 - 2740,   Jun 20 06.   [3]   S. - L.  Zuo,  Y. - Z .   Yin,   Z. - Y .   Zh a ng,   W . - J.   W u,   J. - J.  Xie ,   " E ige nm ode  de coupl ing   f or  MIM O  loo p - a nte nna   base d   on   180°  coupler , "   P rogr ess In  El e ct r omagneti cs  Re se arch  Letters ,   20 11.     [4]   L .   H .   W eng,  Y.   C.   Guo ,   X.   W .   Shi   and   X.  Q .   Chen,   " An  ov er vi ew  on  d efect e d  ground  Struc t ure , "   Progress   In  El e ct rom agnet i c s R ese arch   B ,   20 08 .   [5]   Y.  Yu ,   M.  Yu an  and  L .   W u,   " A Com pac t  Printe d   Monopole  Arra y   W it h   Defe ct ed   Ground  Struct ur e  To  R educe  T h e   Mutual   Cou p li n g , "   J .   El e ct rom agn.   Wav es  App l. ,   2011 .   [6]   A.  S.  Bhadou ria   and  M.   Kum ar,   " Microstri p   X - band  Antenn a  with  impro veme nt  in  Pe rform anc e  Us ing  DG S , "   El e ct rica l  and   E le c tronic   Engi n e ering ,   2014 .   [7]   S.  Kam al   and  A .   Chaudha ri ,   " Printe d  Mea nd er  Li ne  MIM O  An te nna  Int egr ated   with  Air  Gap,   DG S  and  RIS:  A  Low  Mutual Co upli ng  Design   fo r  LTE  Appl ic a tions , "   Progress   In  Elec tromagnet ic s R ese arch  C ,   2017 .   [8]   N.  Jagla n,   S.  D.   Gupta ,   B.   K.  Kana uj ia ,   S.  Sriva stava   and  E .   Th akur ,   " Tri p le   Ba nd  Notche d  DG - CEBG  Struct ure   Based  UW B  MIM O/Diver sit y   A nte nna , "   Progres s In  Elec tromagnetics R ese ar ch C ,   2018 .   [9]     N.  Kum ar  and  U.  K.  Komm uri,   MIM O  Antenna   Mutual   Coupl i ng  Reduc ti on  fo r  W LAN  U sing  Spiro  Mea nder   Li ne   UC - EBG , "   Progress   In  Elec tromagneti cs  Res earc h  C ,   2018 .   [10]   Daba s   T.,  Gang war  D.,  Kana uj i a  B.   K.  and  Gau ta m   A.  K,   " Mutual   coupl ing   red uct ion  b et we en  el ements  of   UW B   MIM O  ant enna   using  sm al l  siz e   uniplanar   EBG   exhi b it ing   m ultiple   stop   b ands , "   AE U  -   Inte rna ti onal  Journal  o f   El e ct ronics  and   Comm unic ati ons ,   2018 .   [11]   X.  Zha ng,   X.  Z hong,   B.   Li,  an d  Y.  Yu,  " A  D ual - Polar iz ed  M IMO   Antenna   with  E BG  for  5. 8  GH z  W LAN   Applic a ti on , "   Pr ogress   In  Elec tr omagneti cs  Re se arch  Letters ,  v ol .   51 ,   pp .   15 – 20 ,   2015 .   [12]   S.  Pandit ,   A.  M ohan,   P.  Ra y ,   " A  Com pac t  Plana r  MIM O  Mono pole   Antenn a  wi th  Reduced  Mut ual   Coupli ng  for   W LAN Appli ca t ions u sing ELC R esona tor, "   Pro ce ed ings o f   the  Asia - Pacific  Mi c rowave  Conf ere nce ,   2016 .   [13]   Y.  W ang   and  Z.   Du,  " A  W ide band  Printe d  Dua l - Antenna   S y s tem   with  a  Novel  Neutr al i z a ti on  Li ne  for  Mobil e   Te rm ina ls , "   IEEE  An te nnas and   Wirel ess P ropag ati on  Let te rs ,   20 13 .   [14]   Zha ng  S.  and  Peder sen  G.  F,   " Mutual   Coup li ng  Redu ct ion   for  UW B  MIMO  Antenna s  W it h   a   W ide ban d   Neutr alization   L ine , "   IEEE Antennas   and  Wirele ss   Propagati on  Lett ers ,  vo l.  15,   pp.   166 - 169 ,   20 16 .   [15]   Y.  Le e ,   H.  Chun g,   J.  Ha   and  L .   Choi,   " Design  o f  a  MIM O  ant enna   with  improve d  isola ti on  using   m et a - m at erial , "   Inte rnational   W orkshop on  Ante nna  Technol og y   ( iWA T' 11 ) ,   2011 .   [16]   Y.  Tora b i,  A.  Bahri   and  A.  - R.   Sharif i,   " A  Novel  Met amat eri a l  MIM O  Antenna  with  Im pr oved  Isola ti on  a nd   Com pa ct   Siz e  B ase d  on  LSRR R esona tor , "   IETE   Journal  Of  Re se arch ,   2015 .   [17]   J.  Zha ng ,   J.  Ou Y ang,   K.  Z .   Zh ang   and  F.  Y an g,   " A  Novel  Du al - Band  MIM O  Antenna   wit h   L ower  Corre l at ion   Coeff icient , "   Int ernati onal   Journ al  of   Antennas a nd  Propagati on ,   2012 .   [18]   E.   R.   Igl esia s,  " Printe d  Multi - B and  MIM O  Ante nna  S y stems   and  The ir   Perform a nce   Metrics,"   IE EE   Antennas  and  Propagati on  Ma gazine ,   2013 .   [19]   A.  Dkiouak,   A.  Za kri ti ,   M.  E l  Ouaha b i,   A.  Zu gar i   a nd  M.  Khalladi,   " Design  of  a  Com pac t  MIM O  Ant enna  for  W ire le ss   Appli c at ions,"   Progress   In  Elec tromagnetics R ese ar ch M ,   2018 .   [20]   A  Deng   J.,  L i  J . ,   Zha o   L.   and  Guo   L. ,  " A  Dua l - Band  Inv erted - F  MIM O  Antenna   W it h   Enha n c ed  I sola ti on  for  W LAN Appli ca t ions,"   IE EE   Ante nnas and  Wirele ss   Propagati on  Lett ers ,   2016 .                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  Elec  &  C om p  En g     IS S N: 20 88 - 8708       Desig n of  a  c omp act  hexag onal struct ur e d d ua l  band  MIM O an te nna  ( Azi z D ki ouak )   4225   BIOGR AP H I ES   OF  A UTH ORS        A z i z   Dk io uak   was  born   in  De ce m ber   1985 ,   in   Tay j oute  town ,   30  Km   from   Chefc haou en ,   Morroco.   He  re ce iv ed  the   Mas te r ' s  degr e e  in  El e ct roni cs  and   Te lecom m unic at ions  at   th e  Facul t y   of  Science s,   Abdelmal ek  Essaâ di  Uni ver sit y ,   T et ou an ,   Morocc o  in  2 010.   He  is   cur ren t l y   workin g  on  a   Ph.D.   de gre e  and  His  r es ea rch   foc uses  on   the  design   and   r ea l iz a ti on   of  MIM O a nte nnas   with low mutual c oupl ing  for   wir el ess a pp li c ation s .         Mohss ine  El  O u ahab i  was  bor n  in  1987  M’di q,   Morocc o.   He   rec ei v ed  a  Master   degr e e  in  Te l ec om m unic ation  s y stems   en gine er ing  from   Abdelmale k  Essaâ di  Univer sit y ,   T et uan ,  Morocc o,   in   20 13.   He  is  cur r e ntly   working  to ward  on  a  PhD   degr ee  in  m ic r owave   ci r cuits  using t he   m et am at er ia l   struc ture  at   the sam e  Univ ersity .           Alia  Z a kriti   rec e ive d  PhD   d egr ee   in  E le c tr ic a l  Engi ne eri n g  in  2001  fro m   Univer sit y   Abdelmale k  Ess aâ di  (UA E) ,   Morocc o.   During  2 004 - 2010,   she  was  profe ss or  at  Caddi   A y ad   Univer sit y ,   Mor occ o.   Since   201 0,   she  jo ine d  the  Nati ona l  Schoo l  of  Appli ed  Sci enc es,   UA E,  as  a  Profess or  of   El ectrical   Eng in ee ring .   She  direc te d  a  Rese arc h  Unit  “ Advanc ed   Scie nce   and   Te chno log y ”  du ring  seve r al  y e ars  and  sh e  wa s  al so  a   he ad  of  depa r tment  o f   Civi l   an d   Industria l  Sci en ce s  and  Te chn ologi es.   Her  re sea rch   intere sts   foc us  m ai nl y   on  print ed  m ic rowave   ci r cu it s a nd  embedde d  s y stems .   She  has  aut hore d  and  co - aut hor ed  seve ral   pap ers  in   int ern at ion al   ref ere ed  journ al s  a nd  conf ere n ce s  in  the   field  of  m ic rowave   comm unic at ions   Te chno log y .         Mohsine  Khall adi   was  born  in  Ta ngi er,   Moroc c o.   He  re ce iv ed  t he  “ Li c enc e  en  ph y sique ”  in   1988  from   the   Univer sit y   of  A bdel m al ek   Essa âdi ,   Tetua n ,   Morocc o  and  Ph.  D.  degr e e  in   ph y sics  from   the   Univer sit y   of  Grana da ,   Spa in,  in  1994.   In  Se pte m ber   1996,   he  joi ned  the  Facul t y   of   Science s  of  Abde lmale k  Essaâ di   Univer sit y   as  an  associa t e  profe s sor  and  was   prom ote d  to  th e  ran k  of   full  Profess or  in  Septe m ber   2000.   He  is  cur r ent l y  the   h ea d  of   El e ct roni cs  and  Microwa ves  Gro up  ‘EMG ’  and  t he  responsibl e  o f  the   Telec om m unic a ti on  and  Inform at ion  s y st ems   la bora tor y   ‘ La SIT’.   His  m ai n  fie lds  of  int er est  concern  m ainl y   the   ti m e - dom ai n  num eri c al   solu ti on  of   sca tt eri ng   and   rad iation el e ct rom agn et i c  probl ems .         Aicha  Mc hb al   is  a  phd   student,he r  do ct or al   r es ea rch   inv et ig at e s  the   enha n ce m ent   of   m imo  ant enn a  per form anc es, she  ho lds  a  m aste r ' s  degr e e  in  t el e comm un ic a ti on  s y st ems   engi nne eri ng   from   the   abd elm al ek  Essaâ d i  u nive rsit y   of   teto uan, m orroc o. she   aut hore d   the  ar ti cle  "  m utua l   coupl in g  r educti on  using  a  prot r uded  ground  bra nch  struct ur e  in   a  compac t  UW B  owl -   shape d  m imo a nte nna     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.