I n d on e s i an   Jo u r n al   o El e c t r i c al   En gi n e e r i n g   an d   C o m p u te r   S c i e n c e   V o l .   41 ,   N o .   1 J a n u a r y   20 2 6 ,   pp .   1 40 ~ 15 2   IS S N :   2 502 - 4 7 52 ,   D O I :   10. 1 1591 / i j e e cs .v 41 . i 1 . pp 1 40 - 1 52             140     Jou r n al   h o m e pa ge ht t p: / / i j e e cs . i a e s c or e . c om   U l t r a - h i g h   i s o l a t i o n   d u a l - p o r t   c i r c u l a r   p a t c h   a n t e n n a   a t   2 . 4   GH z       M e r i e m   B o u c i f,   F ayz B o u s al ah ,   H ayat   B e n o s m an   D e p a rt m e n t   o T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   L a b o ra t o r y   o f   T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   F a c u l t y   o f   T e c h n o l o g y ,   U n i v e r s i t y   o f   T l e m c e n ,     T l e m c e n ,   A l g e ri a       A r ti c l e   I n fo     A B S TR A C T   Ar t i c l e   h i s t or y :   R e c e i v e O c t   6 ,   202 5   R e v i s e N o v   28 202 5   A c c e pt e D e c   2 ,   20 2 5       R e l i a b l e   w i r e l e s s   c o m m un i c a t i o i t he   2 . G H z   i n du s t r i a l ,   s c i e n t i f i c ,   a n d   m e d i c a l   b a nd   i nc r e a s i ng l y   r e l i e s   o a n t e n na   s y s t e m s   t ha t   c a n   pr o v i de   h i g h   i n t e r - po r t   i s o l a t i o n   i m u l t i p l e - i n pu t   m u l t i p l e - o u t p ut   ( M I M O )   c o nf i g ur a t i o ns .   T h i s   p a p e r   pr e s e nt s   a   c i r c u l a r   m i c r o s t r i p   p a t c a n t e n na   a nd   i t s   e x t e ns i o t o   a   dua l - po r t   M I M O   c o nf i g ur a t i o n   d e s i g n e d   f o r   2 . 4   G H z   o pe r a t i o n .   T h e   a n t e nn a   i s   i m p l e m e nt e d   o a   l o w - l o s s   s u bs t r a t e   a nd   e v a l ua t e u s i ng   f ul l - w a v e   e l e c t r o m a g n e t i c   s i m u l a t i o n s   t o   a s s e s s   i m p e d a nc e   m a t c h i ng ,   r a di a t i o n   pe r f o r m a nc e ,   a nd   M I M O   d i v e r s i t y   m e t r i c s .   T o   e n ha nc e   i n t e r - po r t   i s o l a t i o n   i n   t h e   a r r a y ,   a n   i nv e r t e d   U - s ha pe d   d e f e c t e d   g r o un s t r uc t u r e   ( D G S )   i s   i n t r o duc e d   b e t w e e n   t h e   t w o   r a di a t i ng   e l e m e n t s .   T h e   o pt i m i z e de s i g n   a c hi e v e s   e xc e l l e n t   m a t c h i ng   a r o un 2. 4   G H z   a n u l t r a - h i g i s o l a t i o n   o f   a pp r o x i m a t e l y   - 78. d B ,   w hi l e   m a i n t a i ni ng   s t a b l e   g a i n   a nd   r a di a t i o p a t t e r n s   a c r o s s   t h e   o p e r a t i ng   b a n d .   T he s e   r e s u l t s   i n di c a t e   t h a t   t h e   p r o po s e a n t e nn a   o f f e r s   a   s i m pl e   a n d   e f f e c t i v e   s o l u t i o n   f o r   c o m pa c t ,   e n e r g y - e f f i c i e n t ,   a nd   r o bu s t   2. 4   G H z   M I M O   f r o nt   e n ds   i n   i n t e r ne t   o f   t hi ng s   ( I o T )   a n o t he r   s ho r t - r a ng e   w i r e l e s s   c o m m un i c a t i o n   s y s t e m s .   Ke y w or d s :   2. 4   G H z   IS M   b a n d   Ci r c ul a m i c r o s t ri pa t c a n t e nn a   D e fe c t e gr o un d   s t r uc t u r e   H i gh   i s o l a t i o n   M IM O   T hi s   i s   an   ope n   ac c e s s   ar t i c l e   u nde r   t he   C C   B Y - SA   l i c e ns e .     Cor r e s pon di n g   Au t h or :   M e r i e m   B o uc i f   D e pa rt m e n t   o f   T e l e c o m m u n i c a t i o n ,   L a b o r a t o r y   of   T e l e c o m m u n i c a t i o n   F a c ul t y   of   T e c h n o l o gy ,   U n i v e r s i t y   of   T l e m c e n   T l e m c e n,   A l ge r i a   E m a i l :   m e r i e m . b o uc i f @ uni v - t l e m c e n. d z       1.   I N TR O D U C TI O N   T h e   ra pi d   g r o w t o f   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o s y s t e m s   o pe r a t i n i t h e   2. 4   G H z   i ndus t ri a l ,   s c i e nt i f i c ,   a n m e di c a l   ( IS M b a n d,   i n c l ud i n W i - F i   a nd  i nt e rn e t   o f   t hi n gs   (Io T p l a t f o r m s ,   ha s   i nt e n s i f i e t h e   de m a n d   fo r   c o m pa c t   a nt e nna   s y s t e m s   c a pa b l e   o f   s uppo r t i ng  r e l i a b l e   m ul t i p l e - i n pu t   m u l t i pl e - o ut put   (M IM O )   l i n ks .   M i c r o s t r i p a t c h   a n t e nna s   (M P A s a r e   w i de l y   a do pt e i n   s u c h   de v i c e s   b e c a us e   of   t h e i r   l o w   pr o f i l e ,   e a s e   o in t e g r a t i o n ,   a n c o s t - e ff e c t i v e n e s s   [1].   H ow e v e r ,   w h e c o n v e n t i o n a l   s i ngl e - e l e m e nt   M P A s   a r e   a rr a nge i nt c l o s e l y   s pa c e M IM O   a rra y s ,   t h e y   o f t e n   s uf f e r   f r o m   l i m i t e i m pe da n c e   b a n dw i dt h   a n i n s uf f i c i e n t   i nt e r - po rt   i s o l a t i o n ,   w h i c h   de gra de   d i v e r s i t y   pe r f o r m a n c e   a n d   o ve r a l l   l i n k   r e l i a b i l i t y   [2].   F o un da t i o na l   e l e c t r o m a g n e t i c   m o de l s   f o pa t c a na l y s i s   a nd  de s i g n,   s uc a s   t h e   c a v i t y   m o de l   a nd  do m i n a nt - m o de   s y n t h e s i s ,   r e m a i c e n t ra l   t o   c o nt e m po ra r y   o pt i m i z a t i o w o r kf l ow s   [3].   B ui l di ng  o n   t h e s e   f un da m e nt a l s ,   m a n y   r e c e n t   M IM O   a nt e nn a   de s i g n s   f o c us   e i t h e r   o m o di fy i n t h e   r a d i a t i ng  e l e m e n t s   us i n s l o t s ,   p a r a s i t i c   r e s o n a t o r s ,   o s t ub s   t o   r e di s t ri b ut e   s u r f a c e   c u rr e n t s ,   o o e n g i n e e ri n g   t h e   g r o u n d   pl a n e   t hr o ugh  de f e c t e gr o u n d   s t r uc t u r e s   (D G S ) ,   pa rt i a l   g r o u n ds ,   o e t c hi n g   p a t t e rn s   t o   s upp r e s s   s u r f a c e   w a v e s   a n d   r e duc e   m u t ua l   c o upl i ng  [ 4] - [12] .   S e ve r a l   r e p r e s e nt a t i v e   de s i gn s   i l l us t ra t e   t h e s e   a pp r o a c h e s   a c r o s s   s ub - G H z   a n m i l l i m e t e r - w a ve   b a n ds .   N a j i m   e t   a l .   [13]   de v e l o p e a   f o ur - e l e m e nt   p ri nt e di po l e   M IM O   a nt e nn a   w i t h   3 . 3 - 6 . G H z   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52       U l t r a - hi gh  i s ol a t i o du al - p or t   c i r c ul ar   pat c h   ant e nn a t   2 . 4   G H z   ( Me r i e m   B ou c i f )   141   b a n dw i dt a n d   5 . 2 - 7 . 05   dB   ga i n .   W u   e t   a l .   [ 14]   e m p l oy e c i r c ul a s t ub s   t o   de c o upl e   c i r c ul a p a t c h e s ,   a c hi e v i n i s o l a t i o n   u t o   - 23 . dB .   S a l e e m   e t   al .   [ 15]  us e s pl i t - r i n g   r e s o n a t o r   (S R R l o a di n t o   o b t a i ul t r a - w i de b a n o pe ra t i o n   w i t c o upl i n s up p r e s s i o b e l ow   - 20  dB .   S ub a s h i ni   e t   al .   [16 t a r ge t e 28   G H z   c i r c u l a M IM O ,   w hi l e   S i ng h   e t   al .   [17]   r e po r t e a b o ut   - 16  dB   i s o l a t i o n   i a   s ub - G H z   c i r c ul a a rr a y .   I n   m o s t   o f   t h e s e   c o m pa c t   l a y o ut s ,   i s o l a t i o t y pi c a l l y   r e m a i n s   w i t h i t h e   - 16  dB   t o   - 25  dB   r a n ge   [ 13] - [1 7].   A c hi e v i n g   h i g h e i s o l a t i o n   o f t e n   n e c e s s i t a t e s   m o r e   c o m pl e de c o upl i n g   c i r c ui t s   t ha t   i n c r e a s e   t h e   f o o t pr i nt   o de s i g c o m pl e xi t y .   T hi s   hi g hl i g ht s   t h e   n e e f o r   f ur t h e e nha n c e m e nt   us i n s i m p l e   s t r uc t u r e s   w i t h o ut   c o m pr o m i s i n g   a n t e nn a   s i z e   o e f f i c i e n c y .   M o t i v a t e by   t h e s e   l i m i t a t i o n s ,   t h i s   pa pe r   p r o po s e s   a   c o m pa c t   c i r c ul a m i c r o s t ri M IM O   a n t e nna   f o r   2. 4   G H z   o pe r a t i o o R o ge r s   R T 5880   (   =   2. 2 ,   t a n   δ   =   0. 00 09)  t h a t   e m pl oy s   a   s i m pl e   i n v e r t e d   U - s h a pe D G S   e t c h e b e t w e e n   t w o   c i r c ul a r a d i a t o r s .   T h e   D G S   i s   d e s i gn e t o   di s t u r b   a n d   r e r o ut e   t h e   g r o un d - pl a n e   c urr e n t s   i t h e   i nt e r - e l e m e nt   r e gi o n,   t h e r e by   w e a ke n i n g   t he   do m i na n t   c o upl i n g   pa t h s   w h i l e   p r e s e r v i n g   t h e   i m pe da n c e   b e h a v i o r   o f   e a c h   po r t .   T h e   a nt e nna   i s   a na l y z e us i n f ul l - w a v e   e l e c t r o m a g n e t i c   s i m ul a t i o n s   in   CS T   M i c r o w a v e   S t udi o ,   w i t o n e   po rt   e xc i t e d   a nd   t h e   o t h e t e rm i na t e d   i 50   Ω ,   t o   a s s e s s   m a t c hi n g ,   i s o l a t i o n ,   r a d i a t i o n   pe r f o r m a n c e   a n d   s t a nda rd  M IM O   di v e r s i t y   m e t r i c s .   T h e   m a i c o n t ri b ut i o n s   o f   t hi s   w o r c a b e   s um m a ri z e a s   f o l l ow s .   F i r s t ,   a   d u a l - po r t   c i r c ul a r   p a t c c o n f i gur a t i o i s   i nt r o duc e t ha t   a c h i e v e s   v e r y   hi g i n t e r - po rt   i s o l a t i o us i ng   o nl y   a   s i n gl e   i n v e rt e d   U - s h a pe d   D G S   o n   t h e   c o m m o n   g r o u n d   pl a n e ,   w i t h o ut   r e l y i n o ne ut ra l i z a t i o n   l i n e s ,   E B G   s upe r s t r a t e s   o r   l u m pe de c o upl i n g   n e t w o r ks .   S e c o n d,   t h e   p r o po s e l a y o ut   m a i n t a i n s   go o i m pe da n c e   m a t c hi n g   a n d   s t a b l e   ra di a t i o n   pa t t e rn s   de s pi t e   t h e   c l o s e   s pa c i n g   b e t w e e n   e l e m e n t s ,   m a ki ng  i t   a t t ra c t i v e   f o r   c o m pa c t   2 . 4   G H z   f r o n t   e n ds .   T h i r d ,   a   c o m pr e h e n s i v e   M IM O   pe r f o r m a n c e   e v a l ua t i o i s   c a rri e d   o ut ,   i n c l udi ng   S - pa ra m e t e r s ,   i n p ut   m a t c hi n g ,   r a di a t i o n   c h a ra c t e ri s t i c s   a n e n v e l o pe   c o r r e l a t i o n / di v e r s i t y   ga i n   a na l y s i s ,   w h i c h   c l a ri f i e s   t h e   ph y s i c a l   de c o upl i n g   m e c ha ni s m   a s s o c i a t e w i t t h e   D G S   a nd  qua nt i f i e s   i t s   i m pa c t   o n   s y s t e m - l e ve l   m e t r i c s .   I t   i s   f ur t h e n o t e t h a t   a l l   r e s ul t s   r e po r t e i t hi s   p a pe a r e   o b t a i n e f r o m   f ul l - w a v e   e l e c t r o m a g n e t i c   s i m ul a t i o n s ;   e xpe ri m e nt a l   v a l i da t i o o a   f a b r i c a t e p r o t o t y p e   i s   l e f t   f o r   f ut u r e   w o r k.   T h e   r e m a i n de r   o f   t hi s   pa pe r   i s   o r g a ni z e a s   f o l l ow s .   S e c t i on   de s c r i b e s   t h e   a n t e nna   c o n f i gu ra t i o a n d   de s i g m e t h o do l o g y ,   i n c l udi ng   t h e   s i n g l e - e l e m e n t   c i r c ul a p a t c h,   t h e   e xt e n s i o t o   t h e   t w o - po r t   M IM O   l a y o ut   a n t h e   ge o m e t r y   of   t h e   i n v e rt e U - s h a pe D G S .   S e c t i o p r e s e nt s   a nd  d i s c us s e s   s i m ul a t i o n   r e s ul t s ,   c ove r i n i m pe da n c e   b a n dw i dt h,   i s o l a t i o n,   ra di a t i o n   p a t t e rn s ,   di v e r s i t y   pe r fo r m a n c e   a n d   c o m pa r i s o n   w i t r e l a t e w o r ks .   S e c t i o n   4   c o n c l ude s   t h e   pa pe a nd  o ut l i n e s   di r e c t i o n s   f o r   f ut u r e   r e s e a r c h.       2.   M ET H O D   2. 1 .     A n te n n d e s i gn   t h e o r y   T h e   c i r c ul a m i c r o s t ri p   r a d i a t o w a s   s i z e us i n g   t h e   c l a s s i c a l   c a v i t y - m o d e l   f o r m ul a t i o n   [3 ].     A   c o m m o n   s t a rt i n g   e s t i m a t e   f o r   t h e   p h y s i c a l   pa t c r a d i us ,   w hi c a c c o un t s   f o r   f r i ngi n g   f i e l ds ,   i s   e xp r e s s e a s :     =  1 + 2ℎ (  (  2ℎ ) + 1 . 7726 )   (1)     W i t h ,   = 8 . 7 91 × 10 9   ( 2 )     H e r e ,     i s   t h e   t a r ge t   r e s o na n c e   f r e que n c y   (2. G H z ),     i s   t h e   s ub s t r a t e   r e l a t i v e   pe r m i t t i v i t y   (2. f o r   R o ge r s   R T 5880),   a nd    i s   t h e   s ub s t r a t e   t hi c k n e s s   (1 . m m ).   A   r e f i ne e s t i m a t e   f o r   t h e   e f fe c t i ve   ra di us   ,   w h i c c a pt u r e s   f r i ngi ng  e f fe c t s   m o r e   a c c u r a t e l y ,   i s   gi v e by :     = [ 1 + 2ℎ  ( ln (  2ℎ ) + 1 . 7726 ) ] 1 2   ( 3 )     T h e   do m i na n t   11   r e s o n a n c e   c a n   t h e n   b e   a pp r o xi m a t e a s :     , 11 11 2   ( 4 )     w h e r e     i s   t h e   s pe e o f   l i g h t   a n d     is   t h e   e f fe c t i ve   pe rm i t t i v i t y   ( f o r   t hi s ub s t ra t e s ,   + 1 2   i s   o f t e n   go o e s t i m a t e )   a n d   11   i s   t h e   f i r s t   r o o t   f o r   t h e   11   m o de .   In   t hi s   w o r k,   R o ge r s   R T 5880  w a s   s e l e c t e d   ( = 2 . 2  ,  = 0 . 0009 )   w i t = 1 . 6     a t   = 2 . 4  In   (1) - (3)   y i e l a i ni t i a l   e s t i m a t e   o f   t h e   c i r c ul a p a t c ra di us   o f   23 . 6 2   m m .   A f t e f ul l - w a v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E ng   &   Co m S c i V o l .   41 ,   N o .   1 J a n u a r y   20 2 6 :   1 40 - 1 52   142   o pt i m i z a t i o i CS T   M i c r o w a ve   S t udi o ,   t h e   s i n g l e - e l e m e nt   de s i g w a s   f i n a l i z e a t   = 23 . 66   D u ri n t w o - e l e m e n t   M IM O   c o - o pt i m i z a t i o n,   w hi c a c c o un t e d   f o r   t h e   i n v e r t e U - s ha pe de f e c t e gr o und  s t ruc t u r e   (D G S a n i nt e r - e l e m e n t   c o upl i n g ,   t h e   ra d i us   c o n v e r ge t o   = 23 . 71   .   T h e s e   a dj us t m e n t s   a r e   s m a l l   (≤  0. 21   %)   a nd  r e f l e c t   t h e   e xpe c t e f i n e - t u n i n g   o n c e   t h e   f e e a nd  c o upl i n g   e n v i r o nm e n t   a r e   i n c l ude d.   T h e   m e t a l l i z a t i o n   (p a t c h   a n d   g r o u n pl a n e us e s t a n d a r c o ppe t hi c k n e s s   = 0 . 035   F o l l ow i n g   B a l a ni s   c o n s e r v a t i v e   gu i de l i n e   o f   e xt e n d i n g   t h e   g r o u n d   pl a n e   b y   6ℎ   b e y o n t h e   p a t c o e a c s i de ,   t h e   g r o u n s i z e   f o r   t h e   s i n g l e - e l e m e nt   c a s e   w a s :     = = 2 + 12ℎ   ( 5 )     W i t h   = 23 . 66     a n d   = 1 . 6   t h i s   gi v e s   = = 66 . 52   F o m o r e   c o m pa c t   l a y o ut s ,   t h e   m i l de r   r e c o m m e n da t i o n   = = 2 + 6ℎ   i s   of t e n   a do pt e d;   w i t h   t h e   s a m e     a n   t hi s   y i e l ds   56. 92  m m ,   w h i c w a s   t h e   v a l ue   r e t a i n e d   h e r e   t o   s a v e   a r e a   w h i l e   s t i l l   p r o v i di n g   s uf f i c i e n t   c l e a r a n c e   f o t h e   c o a xi a l   c o n n e c t o r   a n d   m i t i ga t i ng  e dge   d i f f r a c t i o n.       2. 2 .     F e e d i n m e c h an i s m   T h e   a n t e nna   wa f e by   a   50   Ω   c o a xi a l   p r o b e   w i t P T F E   di e l e c t r i c .   T h e   o ut e a nd   i nn e c o n duc t o di a m e t e r s   a r e   = 4 . 5      a n d   = 1 . 26    ,   r e s pe c t i v e l y .   T h e   f e e po s i t i o n   w a s   e m pi r i c a l l y   o pt i m i z e d   i CS T   M i c r o w a ve   S t udi o   t o   m i n i m i z e   t h e   i n pu t   m i s m a t c h   a t   2. G H z   fo r   t h e   s i n g l e - e l e m e nt   c o n f i gu r a t i o n.   T h e   f i n a l   i n - p l a n e   o f f s e t   f r o m   t h e   pa t c c e n t e w a s   ( , = 6   , 6    ) ,   w i t h   ra d i a l   d i s t a n c e .     = 2 + 2 8 . 49     ( 6 )     T h i s   l o c a t i o p r o duc e e xc e l l e nt   i m pe da n c e   m a t c h i ng.   F o c i r c ul a pa t c h e s ,   t h e   f e e c a b e   pl a c e a t   a n y   a z i m u t h   f o r   t h e   s a m e   r a di a l   d i s t a n c e   ;   i n   t h i s   de s i g n,   a   f i r s t - qu a d r a nt   po i nt   w a s   c h o s e n   f o r   p r a c t i c a l   r o ut i ng  c o n v e n i e n c e .   I t h e   M IM O   c o n f i gu ra t i o n ,   t h e   c o a x i a l   f e e of   e a c h   e l e m e n t   w a s   s l i g ht l y   s h i f t e t o   ( , = 6 . 2   , 5    ) ,   t o   c o m pe n s a t e   f o r   t h e   e f f e c t   of   i n t e r - e l e m e n t   c o upl i n g.     2. 3 .     S i n gl e - e l e m e n t   m o d e l   T h e   s i n gl e   a n t e nna   e l e m e n t   w a s   de s i g n e a nd  m o de l l e i n   CS T   M i c r o w a ve   S t udi o   us i ng  a   R o ge r s   R T 5880  s ub s t ra t e   w i t r e l a t i v e   pe rm i t t i v i t y   = 2 . 2 ,   l o s s   t a nge n t ,    = 0 . 0009 ,   a n d   t hi c k n e s s     = 1 . 6   .   B o t h   t h e   p a t c h   a nd  g r o u n p l a n e   w e r e   r e a l i z e w i t c o ppe r   m e t a l l i z a t i o o f   t h i c k n e ss    = 0 . 035  ,   w hi l e   t h e   g r o un d   pl a n e   d i m e n s i o n s   w e r e   s e t   t o   = = 56 . 92  .   O pe (a dd  s p a c e )   bo un da r y   c o n di t i o n s   w e r e   a pp l i e d ,   a n d   a   h e x a h e d r a l   m e s h   w i t a da p t i v e   r e f i n e m e n t   w a s   e m p l oy e t o   e n s u r e   s i m ul a t i o n   a c c ura c y .   N o   h a r dw a r e   p r o t o t y pe   w a s   f a b r i c a t e a t   t h i s   s t a ge ;   a l l   pe r f o r m a n c e   m e t r i c s   r e po r t e i t h i s   pa pe r   a r e   o b t a i n e f r o m   f ul l - w a v e   e l e c t r o m a g n e t i c   s i m u l a t i o n s .   A l l   ke y   de s i gn  pa ra m e t e r s ,   i n c l ud i n g   p a t c r a d i us ,   f e e l o c a t i o n s ,   D G S   di m e n s i o n s ,   a n d   s ub s t ra t e   pr o pe rt i e s ,   a r e   e xp l i c i t l y   r e po r t e t o   e n a b l e   s t r a i g h t f o r w a r d   r e p r o duc t i o o f   t h e   a n t e nna   ge o m e t r y   a n d   s i m ul a t i o s e t up .   T h e   o pt i m i z e d   de s i g p r o v i de e xc e l l e n t   i m pe da n c e   m a t c h i n g   a n d   s t a b l e   r a d i a t i o pe r f o r m a n c e   a t   t h e   t a r ge t   f r e que n c y   of   2. G H z .   T h e   o v e r a l l   ge o m e t r y   a nd  de s i g p a r a m e t e r s   o f   t h e   c i r c ul a r   pa t c h   a n t e nna   a r e   s h o w n   i F i g u r e   1.             F i gu r e   1 .   G e o m e t r y   of   t h e   c i r c ul a p a t c h   a nt e nna   w i t de s i g pa ra m e t e r s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52       U l t r a - hi gh  i s ol a t i o du al - p or t   c i r c ul ar   pat c h   ant e nn a t   2 . 4   G H z   ( Me r i e m   B ou c i f )   143   2. 4 .     Tw o - e l e m e n M I M O   l ayo u w i th   i n v e r t e d   U - S h ap e d   D G S   F i gu r e   2   i l l us t ra t e s   t h e   ge o m e t r y   o f   t h e   p r o po s e t w o - e l e m e nt   c i r c ul a M IM O   a nt e nna   w i t a n   i n v e r t e U - s h a pe de f e c t e gr o un d   s t r uc t u r e   (D G S ) .   T h e   a nt e nna   c o n s i s t s   o f   t w o   i de n t i c a l   c i r c ul a p a t c h e s   a rr a nge o t h e   s a m e   s ub s t r a t e   a nd  e xc i t e d   us i n g   c o a xi a l   f e e ds .   T o   e xt e n d   t h e   de s i g i n t o   a   t w o - e l e m e n t   M IM O   c o n f i gura t i o n ,   t h e   t w o   c i r c ul a p a t c h e s   w e r e   a rr a nge w i t a e dge - to - e dge   s e pa r a t i o n    = 64      0 . 5   0   a n d   a   c e nt e r - to - c e n t e s p a c i n g   cc = 111 . 42   mm 0 . 89 0 ,   a s   s h o w n   i n   F i gu r e   2( a ) .   T h e s e   di s t a n c e s   w e r e   c h o s e n   t o   m a i nt a i c o m pa c t n e s s   w h i l e   l i m i t i ng  n e a r - f i e l i n t e r a c t i o n.   I t h e   a b s e n c e   o f   a d di t i o n a l   i s o l a t i o t e c hni que s ,   s i g n i f i c a n t   m u t u a l   c o upl i n g   w a s   o b s e r v e d,   p r i m a ri l y   c a us e by   s ur f a c e - w a ve   pro pa ga t i o n   w i t hi n   t h e   s ub s t r a t e .     T o   s upp r e s s   t hi s   e ff e c t ,   a i n v e rt e U - s ha pe D G S   w a s   i nt r o duc e i n   t h e   c o m m o n   g r o un d   p l a n e   b e t w e e n   t h e   t w o   r a d i a t o r s ,   a s   s h o w n   i F i gu r e   2 (b ).   T hi s   D G S   pe r t u r b s   t h e   s u r f a c e   c urr e n t   di s t ri b ut i o i t h e   i n t e r - e l e m e n t   r e gi o n,   t h e r e by   i n t e rr upt i n g   t h e   do m i na n t   c o upl i n g   pa t h s   a n d   e nh a n c i ng  i n t e r - po rt   i s o l a t i o n.           (a )   (b )     F i gu r e   2 .   G e o m e t r y   of   t h e   t w o - e l e m e n t   c i r c ul a r   M IM O   a n t e nna   ( a )   t o v i e w   w i t h   t h e   e dge - to - e dge   s e pa ra t i o n   s e p   a nd  c e n t r e - to - c e n t r e   s p a c i n g   cc   i n di c a t e b e t w e e n   t h e   t w o   pa t c h e s   a n d   (b b o t t o m   v i e w   hi g h l i g ht i n g   t h e   i n v e r t e d   U - s h a pe d   de f e c t e gr o u n d   s t r uc t u r e   (D G S a n d   t h e   c o a xi a l   f e e l o c a t i o n s       3.   R ES U LTS   A N D   D I S C U S S I O N   3. 1 .   S i n g l e - e l e m e n t   p e r fo r m an c e   T h e   s i m ul a t e r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t   c o n f i rm s   t h e   s t r o n g   i m pe da n c e   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   s i n gl e   c i r c ul a r   p a t c h   a nt e nna .   A t   2 . 4   G H z ,   t h e   ra d i a t o r   e x hi b i t s   a   de e r e s o n a n c e   w i t h   a   m i ni m um   11 = 44 . 54      F i gu r e   3 T h e   c o rr e s po n di ng  v o l t a ge   s t a n d i n w a v e   r a t i o   (V S W R i s   1. 01  F i gu r e   4 ,   w hi c de m o n s t r a t e s   n e a rl y   pe r f e c t   m a t c h i ng  t o   t h e   5 Ω   r e f e r e n c e   i m pe da n c e .   T h e   i nput   i m pe da n c e   o n   t h e   S m i t h   c h a rt   i s   l o c a t e v e r y   c l o s e   t o   t h e   50   Ω   po i nt ,   w i t a   n e g l i g i b l e   r e a c t i v e   c o m po n e nt   F i gu r e   5 .   Co n s e que n t l y ,   r e f l e c t i o n s   a t   t h e   f e e po r t   a r e   p ra c t i c a l l y   e l i m i na t e d   a n d   a l m o s t   a l l   t h e   i n pu t   p ow e r   i s   e f fe c t i ve l y   de l i v e r e t o   t h e   ra di a t o r .           F i gu r e   3 .   S i m u l a t e r e f l e c t i o n   c o e ff i c i e n t   o f   t h e   s i n g l e - e l e m e nt   c i r c ul a pa t c a nt e nn a   a t   2. 4   G H z     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E ng   &   Co m S c i V o l .   41 ,   N o .   1 J a n u a r y   20 2 6 :   1 40 - 1 52   144       F i gu r e   4 .   S i m u l a t e V S W R   of   t h e   s i n g l e   a nt e nna   a c r o s s   t h e   o pe r a t i ng  b a n d           F i gu r e   5 .   S i m u l a t e i nput   i m pe da n c e   o f   t h e   s i n gl e   a nt e nna   a t   2. G H z       R a di a t i o n   pe r f o r m a n c e   i s   s i m i l a rl y   s t a b l e   a c r o s s   t h e   o pe ra t i ng  b a n d .   A t   2 . G H z ,   t h e   a nt e nn a   a c hi e v e s   a   r e a l i z e d   g a i o f   6. 7 8   dB i   F i gu r e   6   a n d   a   di r e c t i v i t y   of   7. 11   dB i   F i gu r e   6 .   T h e   s m a l l   di f f e r e n c e   b e t w e e n   t h e s e   t w o   v a l ue s   i n di c a t e s   hi g r a di a t i o e ff i c i e n c y ,   s i n c e   o nl y   a   m i ni m a l   po r t i o o f   pow e r   i s   l o s t   due   t o   di e l e c t r i c   a n d   o h m i c   d i s s i pa t i o n.   T h e s e   r e s ul t s   c o nf i r m   t ha t   t h e   s i n g l e   e l e m e nt   p r o v i de s   a   r o b us t   b a s e l i n e   f o r   e xt e n s i o t o   a   m ul t i - po r t   c o n f i gu r a t i o n .           F i gu r e   6 .   S i m u l a t e pe a k   ga i o f   t h e   s i ngl e   a n t e nna   a t   2 . G H z     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52       U l t r a - hi gh  i s ol a t i o du al - p or t   c i r c ul ar   pat c h   ant e nn a t   2 . 4   G H z   ( Me r i e m   B ou c i f )   145       F i g ur e   7 .   S i m u l a t e d   d i r e c t i v i t y   pa t t e r n   o f   t he   s i ng l e   a nt e nn a   a t   2 . 4   G H z       3. 2 .     M I M O   p e r fo r m an c e   T h e   s i m u l a t e d   i n put   r e f l e c t i o c o e ff i c i e n t   de m o n s t ra t e s   t h a t   t h e   p r o po s e t w o - e l e m e n t   a rra y   m a i n t a i n s   go o i m pe da n c e   c ha ra c t e ri s t i c s   o n c e   i n t e g r a t e i nt o   t h e   M IM O   c o n f i gura t i o n .   A t   2 . G H z ,   t h e   a n t e nn a   e x h i b i t s   11 = 21 . 01      w h e o n e   po r t   i s   e xc i t e a n t h e   o t h e r   i s   t e r m i n a t e w i t a   50   Ω   l o a d   F i gu r e   8 .   T h e   10  dB   i m pe da n c e   b a n dw i dt e xt r a c t e f r o m   | 11 |   s pa n s   2. 32 77 2 . 4232   G H z ,   y i e l di n B W   =   95. M H z   F i g u r e   9 .   W i t hi n   t hi s   b a n d ,   t h e   i n pu t   i m pe da n c e   a n V S W R   r e s po n s e s ,   F i gu r e   1 a nd  F i g u r e   11   c o n f i r m   t ha t   t h e   i n t r o du c t i o o f   t h e   i n v e r t e d   U - s h a pe d   D G S   do e s   n o t   c a us e   de t ri m e n t a l   de t u ni n g .   T h e   a rra y   pr e s e r v e s   a   V S W R   o f   a bo ut   1. 2   a t   2 . 4   G H z ,   e n s u r i ng  s t a b l e   m a t c h i ng  f o r   b o t po r t s   a nd  i n di c a t i ng  t h a t   t h e   i s o l a t i o n   e nh a n c e m e n t   i s   a c h i e v e w i t h o ut   s a c ri f i c i n i n pu t   a da pt a t i o n.           F i g ur e   8 .   S i m u l a t e d   r e f l e c t i o c o e f f i c i e nt   11   o f   t he   M I M O   a n t e nn a   w i t D G S           F i g ur e   9 .   1 dB   I m pe da nc e   B a ndw i dt o f   t he   P r o po s e d   A nt e nn a   ( | S | )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E ng   &   Co m S c i V o l .   41 ,   N o .   1 J a n u a r y   20 2 6 :   1 40 - 1 52   146       F i gu r e   10 .   S i m u l a t e i nput   i m pe da n c e   o f   t h e   t w o - e l e m e n t   M IM O   a nt e nna   a t   2 . 4   G H z           F i gu r e   11 .   S i m u l a t e V S W R   of   bo t po r t s   o f   t h e   M IM O   a nt e nna   a t   2 . G H z       F i gu r e   12   p r e s e n t s   t h e   s i m ul a t e d   t ra n s m i s s i o n   c o e ff i c i e n t   21   b e t w e e n   t h e   t w o   po r t s   f o r   t h e   r e f e r e n c e   t w o - e l e m e n t   c i r c ul a r   a rra y   w i t h o ut   D G S   a nd  f o r   t h e   p r o po s e c o n f i gur a t i o n   w i t t h e   i n v e r t e d   U - s h a pe D G S .   A s   a   r e f e r e n c e ,   t h e   i nt e r - po rt   i s o l a t i o n   o f   t h e   s a m e   t w o - e l e m e n t   c i r c ul a r   a rra y   w i t h o ut   t h e   D G S   w a s   f i r s t   e v a l ua t e d .   I t h i s   b a s e l i n e   c o n f i gu r a t i o n ,   t h e   s i m ul a t e t ra n s m i s s i o c o e ff i c i e n t   21   a t   2 . 4   G H z   i s   o n l y   a b o ut   27 . 52   dB ,   a s   s h o w n   i F i g u r e   12( a ) ,   w h i c i s   c o n s i s t e nt   w i t t y pi c a l   v a l ue s   r e po rt e f o c o m pa c t   M IM O   l a y o ut s   w i t h o ut   de di c a t e de c o upl i n g   s t r uc t u r e s .   T h i s   l i m i t e i s o l a t i o n   c o n f i r m s   t ha t   a ddi t i o na l   m e a s u r e s   a r e   r e qu i r e t o   e ff e c t i v e l y   s uppr e s s   m ut u a l   c o upl i ng  b e t w e e n   t h e   t w o   pa t c h e s .   A   m a j o r   o ut c o m e   o f   t h e   p r o po s e l a y o ut   i s   t h e   d ra m a t i c   i m p r o v e m e n t   i i nt e r - po r t   i s o l a t i o n   ob t a i n e a f t e r   i nt r o duc i n t h e   i n v e rt e U - s h a pe D G S .   W h e t h e   D G S   i s   e t c h e i n   t h e   c o m m o n   g r o u n pl a n e   b e t w e e n   t h e   t w o   pa t c h e s ,   t h e   s i m u l a t e d   t ra n s m i s s i o c o e ff i c i e n t   21 dr o ps   t o   7 8. 6 dB   a t   2. 4   G H z ,   a s   s h o w n   i F i g u r e   12(b ).   By   c o m pa ri n g   F i g u r e   12( a )   a nd  F i g ur e   12(b ),   i t   i s   e v i de n t   t ha t   t h e   D G S   p r o v i de s   a   v e r y   s t r o n g   s upp r e s s i o o f   m ut u a l   c o upl i n g ,   i m p r o v i n g   t h e   i s o l a t i o b y   m o r e   t ha 2 7. 5 2   dB   a t   t h e   o pe r a t i n g   f r e que n c y .   T o   t h e   b e s t   o f   o ur   k n o w l e dge ,   t hi s   i s o l a t i o l e v e l   s i g ni f i c a n t l y   s ur pa s s e s   m o s t   r e po rt e v a l ue s   f o r   c o m pa c t   dua l - po rt   a n t e nn a s .   I m po rt a nt l y ,   i t   i s   a c h i e v e w i t h o ut   r e l y i n g   o n   n e u t r a l i z a t i o l i n e s ,   e l e c t r o m a g n e t i c   b a ndga p   ( E B G s u pe r s t r a t e s ,   o a ddi t i o na l   l u m pe de c o upl i n g   n e t w o r ks .   T h e   r a d i a t i o c ha r a c t e r i s t i c s   r e m a i n   l a r ge l y   una f fe c t e by   t h e   i s o l a t i o e nha n c e m e nt .   T h e   M IM O   c o n f i gur a t i o n   de l i v e r s   a   r e a l i z e g a i o f   6. 52  dB i   a n d   a   di r e c t i v i t y   of   7. 07  dB i   a t   2. G H z   F i g u r e   13  a n d   F i gu r e   14 .   T h e   s m a l l   s e pa ra t i o b e t w e e n   t h e s e   v a l ue s   a ga i i ndi c a t e s   h i g r a d i a t i o e f f i c i e n c y ,   s ugge s t i n g   t h a t   t h e   D G S   p ri m a r i l y   m i t i ga t e s   s u r f a c e - w a ve   c o upl i n g   w hi l e   p r e s e r v i n g   t h e   i n t ri n s i c   a pe r t u r e   ra di a t i o o t h e   p a t c h e s .   T hi s   b e h a v i o i s   c o n s i s t e n t   w i t t h e   de s i gn  o b j e c t i v e   of   i m p r o v i n g   i s o l a t i o w i t h o ut   c o m pr o m i s i n g   g a i o r a d i a t i o n   p a t t e rn s .   T h e   s u r f a c e - c urr e n t   d i s t r i b ut i o a t   2. 4   G H z   F i gu r e   15   c l a r i f i e s   t h e   p h y s i c a l   i s o l a t i o m e c ha n i s m .   W i t h   P o rt   1   e xc i t e a n d   P o r t   t e rm i na t e i n   50  Ω ,   t h e   i nv e r t e U - s h a pe D G S   c o n f i n e s   s t r o n c u rr e n t s   a r o un d   t h e   e xc i t e d   ra di a t o a n d   a l o n g   t h e   s l o t   e dge s ,   w h i l e   s i g ni f i c a n t l y   s uppr e s s i n g   c u rr e n t s   i t h e   i nt e r - e l e m e n t   r e g i o n   a n d   o n   t h e   i d l e   pa t c h.   T h i s   di s r up t i o n   o f   dom i na n t   g r o und - r e t u rn  pa t h s   i s   c o n s i s t e nt   w i t t h e   v e r y   s m a l l   | 21 |   ob s e r v e a t   2. 4   G H z   a nd  u nde rpi n s   t h e   e xc e l l e nt   d i v e r s i t y   m e t r i c s   r e po r t e d   b e l ow .   A l l   t h e s e   r e s ul t s   a r e   o b t a i n e f r o m   f ul l - w a v e   e l e c t r o m a g n e t i c   s i m ul a t i o n s ;   e xpe r i m e nt a l   v a l i da t i o o n   a   f a b r i c a t e pr o t o t y p e   i s   l e f t   f o f ut u r e   w o r k   a nd   m a y   i n t r o duc e   s m a l l   de v i a t i o n s   due   t o   m a n uf a c t u r i ng   t o l e ra n c e s   a nd  c o n n e c t o r   e f f e c t s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52       U l t r a - hi gh  i s ol a t i o du al - p or t   c i r c ul ar   pat c h   ant e nn a t   2 . 4   G H z   ( Me r i e m   B ou c i f )   147     (a )       (b )     F i gu r e   12 .   S i m u l a t e t ra n s m i s s i o c o e ff i c i e n t   21 b e t w e e n   t h e   t w o   po r t s :   (a )   r e f e r e n c e   t w o - e l e m e n t   c i r c ul a r   a rr a y   w i t h o ut   D G S ,   s h o w i n g   l i m i t e i s o l a t i o n   a t   2. G H z   a nd   (b p r o po s e a rra y   w i t h   i n v e r t e U - s ha pe D G S ,   de m o n s t r a t i n g   t h e   a c h i e v e i s o l a t i o n   e nha n c e m e nt   a t   2 . G H z                 F i gu r e   13 .   S i m u l a t e pe a k   g a i   of   t h e   M IM O   a n t e nna   F i gu r e   14 .   S i m u l a t e d i r e c t i v i t y   pa t t e rn     of   t h e   M IM O   a n t e nna         T h e   di v e r s i t y   pe r f o r m a n c e   w a s   e v a l ua t e us i n g   t h e   e n v e l o p e   c o rr e l a t i o c o e ff i c i e n t   (E CC)  a n t h e   di v e r s i t y   ga i n   (D G ) .   A s   s h o w n   i n   F i g u r e   16 ,   t h e   E C r e m a i n s   e xt r e m e l y   l ow   a r o un 2. 4   G H z   (≈  2 . ×   10⁻ ),   w h i c i s   s e v e r a l   o r de r s   o f   m a g ni t ude   b e l ow   c o m m o M I M O   t hr e s h o l ds   s uc h   a s   0 . 5   a nd  e v e 0. 1 .   T hi s   c o n f i r m s   e xc e l l e nt   p a t t e rn   a n po r t   di v e r s i t y .   T h e   c o rr e s po ndi n D G   w a s   o b t a i n e f r o m   t h e   E C us i ng  t h e   s t a n d a r r e l a t i o n .      = 10 1  2   ( 7 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52   In do n e s i a n   J   E l e c   E ng   &   Co m S c i V o l .   41 ,   N o .   1 J a n u a r y   20 2 6 :   1 40 - 1 52   148   y i e l di n g   D G   ≈  9. 9 999986   dB ,   e s s e n t i a l l y   e qua l   t o   t h e   t h e o re t i c a l   m a x i m um   o f   10  dB   F i gur e   1 7 .   T h e   E CC   w a s   c o m put e f r o m   t h e   t w o - po r t   s c a t t e r i ng  pa ra m e t e r s   us i n g   t h e   f o r m ul a t i o n   o f   B l a n c e t   al .   [1 8].   T o ge t h e r,   t h e s e   m e t ri c s   s h o w   t ha t   t h e   p r o po s e a n t e nna   b e h a v e s   a s   a a l m o s t   i de a l   t w o - b r a n c h   d i v e r s i t y   s y s t e m   i n   t h e   2. 4   G H z   b a n d .           F i gu r e   15 .   S u r f a c e   c urr e nt   d i s t ri b ut i o a t   2 . 4   G H z   (b o t t o m   v i e w ,   g r o und  p l a n e )   w i t h   P o rt   1   e xc i t e a n d   P o r t   2   t e rm i na t e i 50   Ω ,   s h o w i n c u rr e n t   c o n f i n e m e nt   a l o ng  t h e   i n v e r t e d   U - s h a pe d   D G S   a nd    s uppr e s s e c u rr e nt   o n   t h e   i dl e   e l e m e n t           F i gu r e   16 .   S i m u l a t e e n v e l o pe   c o r r e l a t i o n   c o e ff i c i e n t   ( E CC)   fo r   t h e   p r o po s e t w o - po r t   M IM O   a n t e nna           F i gu r e   17 .   S i m u l a t e d i v e r s i t y   ga i (D G f o r   t h e   p r o po s e t w o - po r t   M IM O   a n t e nna   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In do n e s i a J   E l e c   E ng  &   Co m S c i     IS S N :   2 5 0 2 - 4 7 52       U l t r a - hi gh  i s ol a t i o du al - p or t   c i r c ul ar   pat c h   ant e nn a t   2 . 4   G H z   ( Me r i e m   B ou c i f )   149   3. 3 .     C o m p ar i s o n   w i th   r e p o r te d   w o r k   T a b l e   1   b e n c h m a rks   t h e   p r o po s e d   a nt e nna   a g a i n s t   r e c e n t   m u l t i - po r t   c i r c u l a r - pa t c M IM O   de s i g ns   o pe ra t i ng   f r o m   s ub - 6   G H z   t o   m i l l i m e t r e - w a v e   f r e q ue n c i e s .   T h e   m o s t   s a l i e nt   o u t c o m e   i s   i s o l a t i o n .   T h e   p r e s e nt   de s i g a t t a i n s   7 8. 65   dB   a t   2 . 4   G H z ,   w h i c e xc e e ds   a l l   l i s t e pe e r s   b y   a   w i de   m a rgi n.   R e c o n f i g u ra b l e   s ub - G H z   de s i g n s   s uc a s   [1 9]   r e po rt   1 4. 5   t o   18   dB ,   a n d   E B G / D G S - a s s i s t e d   CP W   s t r uc t u r e s   l i ke   [2 0]     r e a c   35   dB   (up   t o   47   dB   i a   s pe c i a l   O F F   s t a t e ) ,   w hi l e   n e u t ra l i z a t i o n - l i n e   de c o upl i ng   i [ 21]   a c hi e v e s   i s o l a t i o b e t t e r   t ha 6 0   dB   i hi g he b a nds   (3 . 2 4 . 1 G H z ).   M e t a s u r f a c e - i nt e g ra t e d   CP   M IM O   i [2 2]     (5 8 . 67   G H z )   a n d   t h e   i nt e g ra t e d   8 - po rt   p l a t f o rm   i [2 3]   p r o v i de     2 2   dB   a nd     2 6   dB   i s o l a t i o n ,   r e s pe c t i v e l y .   A t   2. 4   G H z ,   t h e   4 - po r t   s w a s t i k a - g r o u n d   de s i g i [24 ]   r e po rt s   12 . 3   dB   a dj a c e nt   i s o l a t i o n hi g hl i g ht i ng   t h e   c ha l l e nge   o f   s t r o ng   de c o upl i ng  n e a IS M   f r e q ue n c i e s .   Co l l e c t i v e l y ,   t h e s e   c o m p a ri s o n s   i ndi c a t e   t ha t   t h e   i n v e rt e d   U - s h a pe d   D G S   i t hi s   w o r k   p r o v i de s   a   m o r e   e f f e c t i v e   a n d   c o m p a c t   de c o upl i n g   m e c ha ni s m   a t   2. G H z   t ha E B G ,   CP   m e t a s u r f a c e s ,   or   o ri e n t a t i o n - b a s e s e l f - de c o upl i ng  t e c hni q ue s   us e e l s e w h e r e .   B e y o n i s o l a t i o n,   t h e   p r o po s e a n t e nna   s us t a i n s   n e a r - i de a l   d i v e r s i t y   pe r fo r m a n c e .   T h e   E C ≈  2 . ×   10⁻   i s   o r de r s   o f   m a g ni t ude   l o w e r   t ha n   c o m m o nl y   a c c e pt e l i m i t s   (0. a nd  0 . 1)  a n e v e n   l o w e r   t ha n   t h e   a l r e a dy   e xc e l l e n t   v a l ue s   r e po r t e d   i [20]   ( <   0 . 02 a n d   [22]   ( <   0 . 005 ).   Co n s i s t e nt l y ,   t h e   D G     10   dB   m a t c h e s   t h e   t h e o r e t i c a l   m a xi m u m   a n d   i s   o n   p a w i t h   hi g h - q ua l i t y   M IM O   r e f e r e n c e s   s uc h   a s   [19 ],   [22] ,   a n d   [23 ].     In  t e rm s   o f   ra di a t i o pe r f o r m a n c e ,   t h e   p r o po s e de s i gn  de l i v e r s   a   r e a l i z e g a i o f   a b o ut   6. 5   dB i   a t   2. G H z   t o ge t h e r   w i t h   a n   e f f i c i e n c y   of   a ppr o xi m a t e l y   92. %,   e s t i m a t e f r o m   t h e   g a i n - to - di r e c t i v i t y   r a t i o .   T h i s   i s   c o m pe t i t i v e   w i t s ub - G H z   e n t ri e s   a n d   n o t a b l y   hi g h e r   t ha t y pi c a l   r e c o n f i gu r a b l e   F R - 4 - b a s e d   de s i gn s   (e . g .   [1 9],   65 75  %).   F i na l l y ,   t h e   f un c t i o n a l   s c o pe   di f fe r s   a c r o s s   w o r ks .   R e f e r e n c e   [20 p r o v i de s   dua l - b a n d   o pe ra t i o w i t h   v e r y   goo i s o l a t i o [23]   s c a l e s   t o   e i g ht   po r t s   c o ve r i n g   b o t s ub - G H z   a n d   m m - w a v e   b a n ds ,   a n d   [22]   a c hi e v e s   c i r c ul a po l a ri z a t i o o v e r   a   w i de   b a n d   v i a   a   m e t a s u r f a c e .   I c o nt r a s t ,   t h e   p r e s e nt   w o r k   f oc us e s   o n   a   s i ngl e - b a nd  2 . G H z   s o l ut i o n   o pt i m i z e f o r   u l t ra - h i g h   i s o l a t i o n   w i t h   m i ni m a l   s t r uc t u ra l   c o m pl e xi t y ,   w h i c h   i s   pa r t i c ul a rl y   a t t r a c t i v e   fo r   Io T   a nd  IS M - b a n d   de v i c e s   w h e re   r o b us t   c o - e xi s t e n c e   a n d   e n e r gy   e ff i c i e n c y   a r e   c r i t i c a l .   T h e   t r a de - o ff   i s   t h e   s i n g l e - b a n d   na t u r e   o f   t h e   c u rr e n t   de s i g n;   h o w e ve r ,   t h e   de m o n s t ra t e d   D G S   a pp r o a c i s   s t r uc t u ra l l y   s i m pl e   a n d   a m e na b l e   t o   f ut u r e   du a l - b a n o r   m u l t i b a n d   e xt e n s i o n s .       T a b l e   1 .   P e r f o r m a n c e   c o m pa r i s o o f   r e po r t e d   m ul t i - po rt   a nt e nna s   a n d   t h e   p r o po s e de s i gn   Re f   A n t e n n a   t y p e / s t ru c t u re   P o r t s   F re q .   Ba n d   (s (G H z )   Is o l a t i o n   ( d B)   G a i n   ( d Bi )   DG  (d B)   E CC   E ff.   (% )   [1 9 ]   Re c o n fi g u ra b l e   c i r c u l a r - p a t c h   M IM O   (i n v e r t e d   L - s t u b s   +   re c t a n g u l a g r o u n d   s t u b ,   F R - 4)   2   3 . 3 3 . 9 9   /   4 . 9 6 5 . 3 4   1 4 . 5   t o   1 8   2 . 5   a t   3 . 5   G H z ;   2 . 6 8   a t   5 . 1   G H z   9 . 9   <   0 . 0 9   6 5   /   7 5   [2 0 ]   D u a l - b a n d   C P W   c i rc u l a r - p a t c h   M IM O   w i t h   P G P - D G S ,   P IN   b ra n c h - l i n e s ,   d u a l - b a n d   E BG   2   2 . 8 3 . 6   /   4 . 7 5 . 6   (O N );   5 . 2   (O F F )     3 5   (l o w ) ,     2 5   (h i g h );   4 7   a t   5 . 2   G H z   (O F F )   >   3   (l o w ) ,   >   4   (h i g h   O N ),     3 . 5   (O F F )         [2 1 ]   D u a l - b a n d   H - s l o t t e d   c i rc u l a p a t c h   +   n e u t ra l i z a t i o n   l i n e   (F R - 4)   2   3 . 2 0 3 . 4 0   /   3 . 8 4 4 . 1 4   <   6 0   (m e a s . )     7     <   0 . 0 2     [2 2 ]   D u a l - p o r t   b i - d i r e c t i o n a l   C P   m e t a s u r f a c e - i n t e g ra t e d   (F R - 4 ,   t w o   l a y e r s )   2   5 8 . 6 7     2 2   (m e a s . )   6 . 5   /   6 . 5 5   d Bi c   >   9 . 9 8 5   <   0 . 0 0 5   >   8 0   [2 3 ]   In t e g ra t e d   8 - p o rt :   4   CP W   e l l i p t i c a l   ( s u b - 6 )   +   4   s e m i - c i r c u l a ( m m - w a v e ( F R - 4)   8   3 . 2 0 5 . 5 0   /   2 3 . 5 0 2 9 . 9 5   (m e a s . )     2 5 . 5   /     2 5 . 9 5   1 2 . 3   /   1 0 . 5 5   9 . 9 9   0 . 0 0 2   86 9 1 . 8   /   89 96   [2 4 ]   4 - p o rt   c i r c u l a r/ s l o t ,   s w a s t i k a - s h a p e d   g ro u n d   (F R - 4 ,   4 0 × 4 0 × 1 . 6   m m ³ )   4   2 . 4   1 2 . 3     ~ 1 0     >   8 5   [2 5 ]   2 × 2   CP   M I M O   c i r c u l a n o t c h e d   p a t c h   ( F R - 4)   4   4 . 9 5 . 1   >   2 0           T h i s   w o rk   D u a l - p o r t   c i r c u l a m i c r o s t ri p   p a t c h   o n   R o g e r s   RT 5 8 8 0   w i t h   i n v e r t e d   U - s h a p e d   D G S   2   2 . 4   7 8 . 6 5   6 . 5   ~ 1 0     2 . 8   ×   1 0   9 2 . 6       K e y   t a ke a w a y :   a t   2 . 4   G H z ,   t h e   p r o po s e a nt e nn a   p r o v i de s   s t a t e - of - t h e - a r t   i s o l a t i o ( 78. 65  dB w i t a l m o s t - z e r o   E CC  a n hi g e f f i c i e n c y ,   o ut pe r f o r m i ng  c o m pa r a b l e   s ub - G H z   M IM O   de s i g n s   i de c o upl i n g   e ffe c t i ve n e s s   w h i l e   m a i n t a i ni n g   c o m pe t i t i v e   ga i a n d   n e a r - i d e a l   d i v e r s i t y   pe r f o r m a n c e .   W h i l e   t h e   i s o l a t i o a nd  di v e r s i t y   pe r f o r m a n c e   o f   t h e   p r o po s e a n t e nna   a r e   o ut s t a n d i n g,   t h e   p r e s e nt   s t udy   i s   s ub j e c t   t o   s e v e r a l   l i m i t a t i o n s .   F i r s t ,   a l l   r e s ul t s   a r e   b a s e o CS T   M i c r o w a ve   S t udi o   s i m u l a t i o n s ,   a nd  f a b r i c a t i o n   t o l e ra n c e s ,   c o nn e c t o r   e f f e c t s ,   a nd   m e a s u r e m e n t   un c e rt a i n t i e s   m a y   s l i g h t l y   de gr a de   t h e   i s o l a t i o Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.