T E L K O M NIKA   T elec o mm un ica t io n Co m pu t i ng   E lect ro nics   a nd   Co ntr o l   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b er   20 26 ,   p p .   1 4 9 2 ~ 1 5 0 3   I SS N:  1 6 9 3 - 6 9 3 0 ,   DOI : 1 0 . 1 2 9 2 8 / T E L KOM NI K A . v 24 i 5 . 27857          1492       J o ur na l ho m ep a g e :   h ttp : //telko mn ika . u a d . a c. i d   H ig h - pe rfor m a nc e  2 8  GH z   a nt enna  arra y  desig n f o r  m illi m e ter - w a v e   5 G   sy ste m s       M o us s a b Chbei ne 1 ,   Abderra h m a n Ch beine 2 ,  M o ha m ed  B ayj j a 2 ,   L a hcen  Sella k 3   1 P o l y d i sci p l i n a r y   F a c u l t y ,   U n i v e r si t y   A b d e l mal e k   Essa â d i ,   L a r a c h e ,   M o r o c c o   2 F a c u l t y   o f   sci e n c e s a n d   t e c h n o l o g y ,   U n i v e r si t y   A b d e l mal e k   Essa â d i ,   T a n g i e r ,   M o r o c c o   3 N a t i o n a l   S c h o o l   o f   A r t s a n d   C r a f t s ,   H a ssan   I I   U n i v e r si t y   o f   C a sab l a n c a ,   M o r o c c o       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Feb   9 ,  2026   R ev i s ed   J u n   19 ,  2026   A cc ep ted   J u n   30 ,  2026       T h is  p a p e r  p re se n ts  th e   d e sig n   a n d   p e rf o rm a n c e   e v a lu a ti o n   o f   c o m p a c t  2 8   G H z   m icro strip   a n ten n a   a rra y s  f o r  m il li m e ter - w a v e   ( m m Wa v e )  f if th - g e n e ra ti o n   (5 G )   w ir e les s  c o m m u n ica ti o n   a p p l ica ti o n s.  T h e   p ro p o se d   a n ten n a s  a re   im p lem e n ted   o n   a   Ro g e rs  RT /d u r o id   5 8 8 0   su b str a te  w it h   a   re lativ e   p e r m it ti v it y   o f   2 . 2   a n d   a   th ick n e ss   o f   0 . 5 0 8   m m   a n d   w e re   e v a lu a ted   u sin g   f u ll - w a v e   e lec tro m a g n e ti c   si m u latio n s  i n   C o m p u ter  S im u latio n   T e c h n o lo g y   (CS T )   M icro wa v e   S tu d io .   S tartin g   f ro m   a   sin g l e   a n ten n a   e le m e n t,   se v e ra l  sc a lab le  a rra y   c o n f ig u ra ti o n s,  i n c lu d in g   1 × 2 ,   1 × 4 ,   1 × 8 ,   a n d   2 × 8   stru c t u re s,  w e re   d e sig n e d   to   im p ro v e   a n ten n a   g a in   a n d   ra d iatio n   d irec ti v it y   w h il e   m a in tain in g   g o o d   im p e d a n c e   m a tch in g   c h a ra c teristics .   T h e   n o v e lt y   o f   th is  w o rk   li e s   in   t h e   d e v e lo p m e n t  o f   c o m p a c t  sc a l a b le  a n ten n a   a rra y s  u sin g   a   sim p le  f e e d in g   n e tw o rk   c o n f ig u ra ti o n   t o   a c h iev e   p r o g re ss iv e   g a in   e n h a n c e m e n t  w it h   re d u c e d   st ru c tu ra l  c o m p lex it y .   T h e   si m u lati o n   re s u lt s   sh o w   th a t  th e   a n ten n a   p e rf o rm a n c e   i m p ro v e s  a s   th e   n u m b e r   o f   a rra y   e le m e n ts  in c re a se s,  a c h iev in g   a   m a x i m u m   g a in   o f   1 6 . 2   d B  a t  2 8   G H z   w it h   sa ti sfa c to r y   re tu rn   lo ss ,   v o lt a g e   sta n d i n g   w a v e   ra ti o   (V S W R) ,   a n d   ra d iatio n   b e h a v io r.   In   a d d it i o n ,   t h e   p ro p o s e d   a r ra y s  p ro v id e   a n   a p p ro p riate   trad e - o ff   b e tw e e n   g a in ,   b a n d w id th ,   a n d   c o m p a c t  siz e ,   m a k in g   th e m   su it a b l e   c a n d id a tes   f o r  f u tu re   h ig h - d a ta - ra te  m m Wav e   5 G   c o m m u n ica ti o n   s y ste m s.   K ey w o r d s :   5G   An te n n a  ar r a y   Hig h   g ai n   Milli m eter - w a v e   W ir eless   co m m u n icatio n s   T h is i s  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Mo u s s ab   C h b ei n e   P o ly d is cip li n ar y   Fac u lt y ,   U n i v er s it y   A b d el m ale k   E s s aâ d i   L ar ac h e,   Mo r o cc o   E m ail:  m . ch b ei n e @ u ae . ac . m a       1.   I NT RO D UCT I O N    T h e  f ield   o f   telec o m m u n icat io n s   h as  r ec en t l y   r ea c h ed   a  cr u cial  m iles to n e  to   m ee t  th e  g r o w i n g   d em a n d s   o f   b o th   th e   g e n er al  p o p u latio n   a n d   th e   i n d u s tr y   [ 1 ] .   On e  o f   t h e  k e y   ch al len g es   in   t h is   s ec to r   r ev o l v es   ar o u n d   m icr o s tr ip   an te n n as,  w h ic h   p la y   a  v ital  r o le  i n   t h e  tr an s m i s s io n   a n d   r ec ep tio n   o f   elec tr o m a g n etic   w a v es  i n   w ir ele s s   co m m u n ic atio n   s y s te m s   [ 2 ] .   T h e  f if th - g en er ati o n   ( 5 G) ,   r e p r esen tin g   th e  n e w   w a v e  o f   w ir ele s s   tech n o lo g y ,   s tan d s   o u t  as  th e  f ir s t  to   h ar n es s   m illi m eter   w av e s .   T h is   tech n o lo g y   r ep r esen t s   a  s ig n i f ica n t  ad v a n ce m en t  in   w ir ele s s   co m m u n icatio n   s y s t e m s .   F u r t h er m o r e,   5 G  w ir el ess   n et w o r k s   ar e   p r im ar il y   e m er g i n g   to   ad d r ess   th e  s h o r tco m i n g s   o f   cu r r en t  m o b ile  n et w o r k s ,   th er eb y   m e etin g   th e  in cr ea s in g   d em a n d   an d   h ei g h ten ed   in te r est  in   f u t u r e  w ir ele s s   ap p licatio n s   [ 3 ] – [ 5 ] .   T h e  co n ce p t   o f   co m b i n in g   t h e   r ad iatio n   f r o m   m u ltip le  an ten n as  to   cr ea te  a  s p ec i f ic  r ad iatio n   p atter n   d ates  b ac k   to   t h e  ea r l y   d a y s   o f   w ir eles s   co m m u n icatio n   h is to r y   i n   th e   ea r ly   1 9 th   ce n tu r y   [ 6 ] ,   [ 7 ] .   T o d ay ,   th e  u s e  o f   an te n n a  ar r ay s   is   w id esp r ea d   ac r o s s   a  m u ltit u d e  o f   co n tex t s ,   in clu d i n g   f ar - f ield   an d   n ea r - f ie ld   b ea m f o r m i n g   ap p licatio n s ,   u s ed   in   ar ea s   s u c h   as  s atelli tes,  ce ll u lar   n et w o r k s ,   v e h icle s ,   an d   s en s o r s   [ 8 ] – [ 1 1 ] .   Desp ite  th e  cu r r en t  p r ev alen ce   o f   th is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Hig h - p erfo r ma n ce   2 8   GHz a n ten n a   a r r a y  d esig n   fo r   millime ter - w a ve   5 G  s ystem s   ( Mo u s s a b   C h b ein e )   1493   tech n o lo g y ,   its   s i g n if ican ce   is   p o is ed   to   in cr ea s e  ev en   f u r t h er ,   p r im ar il y   d u e  to   th e  cr u cial  r o le   th at  d ir ec tio n alit y   w i ll  p la y   in   5 G   telec o m m u n icatio n s   s y s te m s   an d   th e  ev o l u tio n   o f   th e  i n ter n et  o f   t h in g s   ( I o T )   [ 1 2 ] – [ 1 4 ] .   T o   en ab le  th e  in t eg r atio n   o f   th e  a f o r e m e n tio n ed   f u n c tio n ali ties   i n to   5 G,   th e  u s e  o f   h i g h er   f r eq u en c ies  is   i m p er ativ e.   I n   t h is   c o n t ex t ,   th e   I n t e r n at i o n al   T e l e c o m m u n i c a ti o n   U n i o n   ( I T U )   h a s   i d en t if i e d   s ev e r a l   h i g h - f r e q u en cy   r an g es   a s   5 G   f r e q u en cy   b an d s ,   in c lu d i n g   t h e   3 . 4 – 3 . 6   G H z ,   5 – 6   GHz ,   2 4 . 2 5 – 2 7 . 5   G H z ,   37 – 4 0 . 5   G H z ,   an d   6 6 – 7 6   G H z  b a n d s   [ 1 5 ] .   A d d itio n al l y ,   t h e  2 7 . 5 – 2 8 . 3 5   GHz   b an d   h as   b ee n   d esi g n ated   b y   t h e   Fed er al  C o m m u n ica tio n s   C o m m is s io n   ( F C C )   [ 1 6 ] .   Am o n g   th e s e  b an d s ,   t h e  2 8   GH z  b an d   h as   b ee n   s p ec if icall y   ch o s en   f o r   th is   s tu d y   as  it  i s   p er ce iv ed   as  th e  m o s t  p r o m i s i n g   f o r   5 G  an d   is   alr ea d y   t h e  s u b j ec t  o f   ex p er i m e n tal  d ep lo y m e n ts   in   s o m e  r eg io n s .   T h is   s elec tio n   is   d r iv en   b y   t h e  an tic ip atio n   o f   a  lar g e  n u m b er   o f   ac tiv e  d ev ices  ( s u ch   as  s m ar tp h o n es,  s e n s o r s ,   an d   ac tu ato r s )   an d   th e  ad o p tio n   o f   m il li m e ter - w a v e  ( m m W a v e )  f r eq u en c y   b a n d s .   T h e  n ee d   to   m iti g ate  i n ter f er en ce   b et w ee n   5 G  eq u ip m e n t a n d   co m p e n s a t e  f o r   th e  s ig n i f ica n t  atten u atio n s   t y p ica l  o f   m m W av e  ch a n n els  n ec es s itate s   t h e   i m p le m en tatio n   o f   m u l ti - a n t en n a  s y s te m s   th at   m ee t  co m p ac tn e s s   a n d   p er f o r m an ce   r eq u ir e m e n t s .   T h ese   r eq u ir e m e n ts   m u s t  al s o   b e  ac co m p a n ied   b y   a  r ed u ctio n   i n   u n it c o s t s   to   m ee t   m ar k et  e x p ec tatio n s .   O n e  ap p r o ac h   to   m ee t t h ese  cr iter ia  i s   to   li m it t h e  n u m b er   o f   r ad iatin g   ele m e n t s   in   ea ch   an ten n a  ar r a y .   Ho w e v er ,   g iv e n   th e  cr o w d ed   elec tr o m a g n e ti c  en v ir o n m en t,  it  is   cr u cial  th at  t h i s   li m itatio n   d o es  n o t  co m e  at  th e  e x p en s e  o f   th e  d esire d   r ad iatio n   p er f o r m an ce .   T h u s ,   th e   n et w o r k   s y n t h esi s   tas k   f ac ed   b y   a  5 G  a n te n n a  d e s ig n er   b ec o m e s   a  co m p le x   c h alle n g e,   r e q u ir in g   o p ti m iza tio n   n o t  o n l y   o f   t h e  e x citatio n s   o f   t h e  ar r a y   e le m e n t s   b u t   also   t h e ir   p o s itio n i n g   an d   p o ten tiall y   t h eir   q u a n tit y .   T h i s   ch alle n g e   is   c h ar ac ter is t ic  o f   th e  r esear c h   f ield   i n   t h e  d esi g n   o f   s p ar s e  a n te n n a   ar r a y s   [ 1 7 ] .   T h e  p r o b lem   o f   s y n t h esizi n g   s p ar s e  an te n n a  ar r ay s   h a s   ca p tu r ed   th e  in ter est  o f   th e  s cie n ti f ic  co m m u n it y   s i n ce   th e  1 9 6 0 s   [ 1 8 ] ,  ex p er ien ci n g   a  r esu r g e n ce   o f   atten tio n   r ec en tl y   d u e  to   its   r elev an ce   i n   m o d er n   co m m u n i ca tio n   s ce n ar io s .   I n   r esp o n s e,   v ar io u s   m eth o d s ,   b o th   s to ch ast ic  an d   d eter m in i s tic,   h av e  b ee n   p r o p o s ed   in   th e  liter atu r e  [ 1 9 ] .  Sto ch ast ic  ap p r o ac h es  en co m p a s s   d i f f er en t  s tr ateg ie s   s u ch   a s   g e n etic  al g o r ith m s   [ 2 0 ] ,   p ar ticle  s w ar m   o p tim izatio n   [ 2 1 ] ,   d if f er en tia l  ev o lu tio n   [ 2 2 ] ,   an d   n atu r e - in s p ir ed   o p ti m izatio n   al g o r it h m s   b ased   o n   th e   b eh av io r   o f   an ts   [ 2 3 ] ,   w h ale s   [ 2 4 ] ,   an d   g r ey   w o lv e s   [ 2 5 ] .   A d d itio n all y ,   d eter m i n i s tic  m et h o d s   h a v e  also   b ee n   d ev elo p ed ,   em p lo y in g   v ar io u s   ap p r o ac h es.  No tab l y ,   a  n o n - iter ati v e  tec h n iq u e  i s   p r o p o s ed   in   [ 2 6 ] ,   u tili zi n g   th e  p en ci l  m a tr ix   m et h o d   to   ap p r o x im a te  a  d esire d   r ad iatio n   p atter n   w i th   a  n o n - u n if o r m   lin ea r   an ten n a  ar r a y   f ea t u r in g   a  r ed u ce d   n u m b er   o f   ele m en ts .   I n   th is   r esear ch ,   t h e  d esig n   o f   a  s er ies  o f   an te n n a s ,   r an g i n g   f r o m   a  s i n g le  ele m en t  to   m icr o s tr ip   ar r ay s   o f   1 × 2 ,   1 × 4 ,   1 × 8 ,   an d   2 × 8   ( m m W ) ,   s p ec if ica ll y   d esig n ed   f o r   5 G  ap p licatio n s   ar o u n d   a  r eso n an ce   f r eq u en c y   o f   2 8   GHz ,   is   p r esen ted .   T h e  an ten n a  s tr u ctu r e   w e  p r o p o s e  co n s is ts   o f   a  tr u n ca ted   ‘ U ’ - s h ap ed   r ec tan g u lar   p atc h   p r in ted   o n   an   R T 5 8 8 0   s u b s tr ate  a n d   f ed   b y   a  m icr o s tr ip   li n e  w it h   a   5 0   Ω   m atc h i n g   p o r t.  Si m u latio n s   w er e  co n d u cted   u s i n g   C ST   s i m u latio n   s o f t w a r e.   T h e  p r im ar y   o b j ec tiv e  o f   th i s   r esear ch   is   to   in cr ea s e  t h e  an te n n a  g ai n ,   r an g in g   f r o m   a  s i n g le   ele m e n t  u p   to   1 6   elem e n t s .   T h e  ad v an tag es  o f   th i s   p r o p o s ed   w o r k   i n clu d e:   a   s i m p le  s tr u ct u r e,   c o m p ac t  s ize,   h i g h   g ai n ,   an d   c o n s o lid atio n   o f   m u ltip le  an ten n a  s t u d ies  i n to   a  s in g le  p ap er .       2.   L I T E R AT U RE   R E VI E W   E x ten s i v e  r esear ch   h a s   b ee n   co n d u cted   in   th e   f ield   o f   h i g h - g ai n   a n te n n a  d es ig n   o p er atin g   i n   t h e     2 8   GHz   f r eq u en c y   r an g e,   as  t h is   b an d   h o ld s   g r ea t  p r o m i s e  f o r   5 G   w ir eless   n e t w o r k s .   Gi v en   th e  r eq u ir e m e n ts   o f   th e   5 G  en v ir o n m e n t,  w h ic h   d e m a n d   n e w   a n te n n a  t y p es ,   th i s   h as  p o s ed   a n   ex c iti n g   ch allen g e  f o r   an te n n a   r esear ch er s ,   lead in g   t h e m   to   p r o p o s e  s ev er al  in n o v ati v e  co n ce p ts ,   as  d escr ib ed   b elo w .   A n   an ten n a  p r ev io u s l y   s tu d ied   in   t h e  liter at u r e  [ 2 7 ]   m an a g ed   to   ac h ie v e  a  m a x i m u m   g ai n   o f   1 2   d B i  at  2 8   GHz .   Ho w ev er ,   it  f ac ed   d if f ic u lt ies  in   o b tain i n g   s ati s f ac to r y   i m p ed a n ce   m atch in g   in   th e  b a n d   ( - 1 5   d B ) ,   an d   it s   s iz e  w a s   5 3 ×2 0   m m ²,   w h ic h   m ad e  it  r elati v el y   lar g e  f o r   in teg r at io n   i n to   a  m o b ile  p h o n e.   An o t h er   s tu d y   f o c u s ed   o n   an   8 - ele m en t   an ten n a  ar r a y   [ 2 8 ] ,   b u t  d esp ite  th at,   it   o n l y   ac h iev ed   a  m a x i m u m   g ai n   o f   9 . 8 9   d B i,  in d icatin g   its   li m itatio n   i n   ef f ec tiv e l y   o p er atin g   in   a  d e m an d i n g   5 G  en v ir o n m e n t.  I n   th e  liter atu r e,   r esea r ch er s   al s o   d esig n ed   a n   8 - ele m e n t  a n te n n a  ar r a y   [ 2 9 ] ,   r ea ch in g   a   m ax i m u m   g ain   o f   9 . 5 7   d B i  at  2 8   GHz .   Ho w e v er ,   t h is   d esig n   r eq u ir es  8   s ep ar ate  p o r ts   to   f ee d   th e  8   a n ten n a  ele m e n ts ,   m ak in g   it  co s tl y   to   i m p le m en t.  An o t h er   s tu d y   p r ese n ted   a  1 6 - ele m e n t  an ten n a  ar r a y   [ 3 0 ] ,   a ch iev in g   a  p ea k   g ai n   o f   1 6 . 9   d B i  in   th e  2 8   GHz   b an d ,   m a k in g   it  a  p r o m i s i n g   o p tio n   f o r   5 G .   Ho w e v er ,   a  ch alle n g e  r e m a in s   d u e  to   its   s u b s ta n tial  s ize,   m ea s u r i n g   8 8 ×2 5   m m ².   An o th er   an ten n a,   d escr ib ed   in   [ 3 1 ] ,   co n s is ts   o f   a n   8 - ele m en t  ar r a y   an d   m a n a g es  to   ac h iev e  a  p ea k   g a in   o f   1 2   d B i.   Nev er th e less ,   its   co n s id er ab l e  s ize  o f   6 6 ×1 5   m m ²  m a k es   it  a  b u l k y   o p tio n ,   a n d   its   d esig n   is   co m p le x .   A d d itio n al l y ,   a n o th er   p r o p o s al  is   a  1 0 - ele m e n t  an te n n a  ar r a y ,   p r esen ted   in   [ 3 2 ] ,   b u t  its   s ize   o f   6 0 ×1 0 0   m m ²  is   co n s id er ed   b u lk y .   Desp ite  t h at ,   it  m an a g es to   ac h iev e  a  m ax i m u m   g ai n   o f   1 6 . 1   d B i a t  2 8   G Hz.   Fu r t h er m o r e,   Kh ab b a  et  a l .  [ 3 3 ]   in tr o d u ce d   a   s lo tted   an ten n a  ar r a y   co n s is tin g   o f   8   ele m e n ts ,   ac h iev in g   a  p ea k   g ain   o f   1 1   d B i.  Ho w e v er ,   its   s ize  o f   1 3 0 × 6 0   m m ²  m ak e s   it  r elativ el y   la r g e  f o r   in teg r atio n   in to   a  d ev ice.   A  p r in ted   an te n n a  ar r a y   w a s   d ev elo p ed   in   [ 3 4 ] ,   r ea ch in g   a  m ax i m u m   an ten n a  g a in   o f   1 3 . 5   d B i  u s i n g   o n l y   4   ele m e n ts .   I n   an o th er   s t u d y ,   A l i  an d   Seb ak   [ 3 5 ] ,   a  cir cu lar l y   p o lar ized   2 × 2   an ten n a  ar r a y   is   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 4 9 2 - 1503   1494   p r esen ted ,   ca p ab le  o f   p r o v id in g   a  m a x i m u m   g a in   o f   1 1 . 9   d B i.  Ho w ev er ,   it ’ s   i m p o r tan t  to   n o te  th at  it s   s ize  is   co n s id er ed   b u lk y ,   m ea s u r i n g   1 4 0 ×1 4 0   m m ².   T ak in g   i n to   ac co u n t  t h e  in f o r m a tio n   p r o v id e d   ea r lier   r eg ar d in g   5 G  an te n n a s ,   it  is   e v id en t  t h at  t h er e  i s   s t ill  a  cr u cial  n ee d   to   d esig n   a n   a n ten n a  ca p ab le  o f   d eliv er i n g   s atis f ac to r y   an ten n a  g ai n   p er f o r m an ce   to   co m p en s ate  f o r   th e  s ig n i f ican t  p r o p ag atio n   lo s s es  in   th e  5 G   en v ir o n m e n t.  A lt h o u g h   s ev er al  an ten n a  ar r a y   d esig n s   h av e  b ee n   r ep o r ted   in   th e  liter atu r e  f o r   2 8   GHz   5 G  ap p licatio n s ,   m a n y   ex is ti n g   s tr u ctu r e s   s ti ll s u f f er   f r o m   l i m ita tio n s   s u c h   as  lar g e  p h y s ical  d i m en s io n s ,   co m p le x   f ee d in g   n et w o r k s ,   i n s u f f ic ien t   g ai n   e n h a n ce m en t,  o r   th e  r e q u ir e m e n t  o f   m u l tip le  f ee d in g   p o r ts .   I n   ad d itio n ,   s o m e  r ep o r ted   d esig n s   ac h ie v e  h ig h   g ai n   at  th e  ex p en s e  o f   in cr ea s ed   s tr u ctu r al  co m p le x it y   an d   f ab r icatio n   d if f ic u lt y .   T h er ef o r e,   t h er e  r em ai n s   a   n ee d   f o r   co m p ac t  a n d   s ca lab le  an ten n a  ar r a y   co n f ig u r atio n s   ca p ab le  o f   p r o v id in g   h ig h   g ai n ,   g o o d   im p ed a n ce   m atch i n g ,   an d   s i m p le  f ee d i n g   tec h n iq u e s   s u i tab le  f o r   p r ac tical  m m W a v e  5 G  s y s te m s .   C o m p a r ed   w it h   p r ev io u s   s tu d ie s ,   t h e  p r o p o s ed   an ten n a  ar r a y s   p r o v i d e  a  g o o d   tr ad e - o f f   b et w ee n   co m p ac t size,   g ain   e n h an ce m e n t,  b an d w id th   p er f o r m an ce ,   a n d   f ee d i n g   s i m p lic it y .       3.   DE S I G N  E Q UA T I O N S O F   M I CRO ST RIP  AN T E N NA   T h e  d i m en s io n s   o f   th e   an te n n a  u n d er   co n s id er atio n   ar e  d eter m in ed   th r o u g h   a  m etic u lo u s   ca lcu latio n   p r o ce s s   [ 3 6 ] ,   tak in g   i n to   ac co u n t  s p ec i f ic  p ar a m eter s .   T h e  o p er atin g   f r eq u e n c y   ( )   is   s et  at  2 8   GHz ,   th e  s u b s tr ate ’ s   h eig h t  ( ℎ )   is   p r ec is el y   0 . 5 0 8   m m ,   th e  d ielec tr ic  p er m itti v it y   o f   th e  R o g er s   5 8 8 0   s u b s tr ate  ( )   is   estab lis h ed   at  2 . 2 ,   an d   th e  s p ee d   o f   lig h t  ( )   is   d ef i n ed   as  3 × 10 8   m /s .   T o   ar r iv e  at  th e s e  d i m en s io n s ,   estab lis h ed   p r in cip les  o f   an te n n a  d esig n ,   as  o u tli n ed   in   r ef er en ce   [ 3 7 ] ,   ar e  m etic u lo u s l y   ap p lied   an d   p r esen ted   i n   a  s tep - by - s tep   m a n n er .   Fu r th er m o r e,   th e  f o r m u la s   f o r   c alcu lati n g   th e   w id th   a n d   le n g th   o f   th e  r ad iati n g   p atch   ar e  f o u n d   in   r ef er e n ce   [ 3 8 ] ,   s p ec if icall y   i n   ( 1 )   [ 3 9 ] .     = 0 2  √ 2 + 1   ( 1 )     L e n g t h ,       = 0 2  √ − 2 ∆   ( 2 )     w h er e,      is   th e  e f f ec ti v e  d ielec t r ic  co n s tan t a n d     is   ex ten s io n   l en g t h ,      = + 1 2 + − 1 2 1 √ 1 + 12 ℎ   ( 3 )     ∆ = 0 . 412ℎ ( + 0 . 3 ) ( ℎ + 0 . 264 ) ( − 0 . 258 ) ( ℎ + 0 . 8 )     ( 4 )     T h e  w id th   a n d   len g t h   o f   th e  m icr o s tr ip   f ee d   lin e  ar e  ca lcu lat ed   b y   u s i n g   t h e  f o r m u la,     − 1 [  ( − 1 ) + 0 . 39 − 0 . 6 ]     ( 5 )     Fo r   ℎ > 2     ℎ = 8 2 − 2      ℎ < 2     ( 6 )     w h er e ,     = 0 60 √ + 1 2 + − 1 + 1 ( 0 . 23 + 0 . 11 )   ( 7 )     an d     = 377 2 0 √     ( 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Hig h - p erfo r ma n ce   2 8   GHz a n ten n a   a r r a y  d esig n   fo r   millime ter - w a ve   5 G  s ystem s   ( Mo u s s a b   C h b ein e )   1495   L e n g t h   o f   t h e  f ee d ,     = 90  √       ( 9 )       4.   ANT E NNA  D E SI G N   4 . 1 .     Sin g le  ele m ent   a nte nn a   T h e  d ev elo p m e n t  o f   t h e  p atch   an te n n a  w as  ca r r ied   o u t  u s in g   t h e  C ST   s i m u latio n   s o f t w ar e  ( h i g h   f r eq u en c y   s tr u ctu r e  s i m u lato r   o r   HFSS ) ,   r ely i n g   o n   th e  f o r m u las  d escr ib ed   in   s ec tio n   3 .   T h e  d esig n   o f   th e   r ec tan g u lar   s h ap e  o f   t h e  a n te n n a  w as  b ased   o n   th e  p r ed ete r m in ed   w id t h   a n d   len g t h   d i m en s io n s ,   w it h   a  f ee d   p o in t  p o s itio n ed   at  its   lo w er   en d .   T h e  s p ec if ic  d i m e n s io n s   o f   th e  an ten n a  w er e  estab li s h ed   f r o m   v ar io u s   p ar am eter s :  t h e  o p e r atin g   f r eq u en c y ,   d en o ted   ,   w a s   s et  at  2 8   GHz ;  t h e  s u b s tr ate  t h ick n es s ,   ℎ ,   is   0 . 5 0 8   m m ;  th e  ch o s e n   s u b s tr ate  is   R o g er s   5 8 8 0 ,   ch ar ac ter ized   b y   a  p er m itti v it y   o f   2 . 2   an d   a  lo w   lo s s   tan g e n t  o f   0 . 0 0 0 9 ;   th e  p r o p ag atio n   s p ee d   u s ed   i n   t h e  ca lc u latio n   i s   t h at  o f   li g h t,   i.e . ,   3 × 10 8   m /s .   T h e  n et w o r k   l a y o u t  o f   t h e   an ten n a  i s   d etailed   in   Fi g u r e  1 ,   s h o w in g   t h e  an te n n a  eq u ip p ed   w it h   t w o   co p p er   f lar es  p lace d   o n   eith er   s id e  o f   th e  s u b s tr ate,   w h ic h   is   th e  f e ed   p o in t.  Usi n g   t h e  m icr o s tr i p   lin e  m et h o d ,   th e  an ten n a  p r esen t s   a  co m p ac t   d esig n   w it h   o v er all  d i m e n s io n s   o f   × .   T h e  d etails  o f   th e  p ar a m eter s ,   b o th   f o r   t h e  i s o lated   ele m en t  a n d   f o r   th e  d esi g n ed   n e t w o r k ,   ar e  s p ec if ied   in   T ab le  1 .           Fig u r e  1 .   d esig n   a n te n n a  s in g l e  ele m en t a t 2 8   GHz       T ab le  1 .   d im en s io n s   o f   th e  a n t en n a  p ar a m e ter s   P a r a me t e r                V a l u e   ( mm )   9 . 1   7 . 8   4 . 1 4   3 . 8 7   1   P a r a me t e r   L2   W3   L3   Wf   Lf   V a l u e   ( mm )   3   1 . 5   1 . 5   0 . 3   1 . 9 8       4 . 2 .     1 × 2  m icro s t rip  a rr a y   a nte nn a   T h e  tr an s itio n   f r o m   a  s in g l e  elem e n t  to   a  n et w o r k   co n f ig u r atio n   r ep r esen t s   th e  n ex t  s tep   in   in cr ea s i n g   th e   g ai n .   F ig u r e  2   illu s tr ates  t h e  d ev e lo p ed   an te n n a  n et w o r k ,   co n s i s ti n g   o f   t w o   r ec ta n g u lar   ‘ U ’ - s h ap ed   p atch es  ar r a n g ed   i n   a  1 × 2   ar r ay .   T o   en s u r e  i m p ed a n ce   m atc h in g   b et w ee n   t h e  f ee d in g   s y s te m   a n d   th e   p atch   ele m e n ts ,   a  q u ar ter - w a v e  n et w o r k   f ee d in g   tech n iq u e  is   e m p lo y ed .   Fo llo w i n g   p ar a m eter izatio n   to   en h a n ce   g ai n ,   th e   o p ti m al  s p ac in g   b et w ee n   th e  p atc h es  is   s e t  at  0 . 5 2 5   λ .   T h e  f in al  d i m e n s i o n s   o f   th e  a n te n n a   ar e  f ix ed   at  2 1 × 9   m m .           Fig u r e  2 .   Desig n   o f   1 × 2  ar r ay   an ten n a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 4 9 2 - 1503   1496   4 . 3 .     1 × 4  m icro s t rip a rr a y   a nte nn a   Fig u r e  3   s h o w s   t h e  d esig n   o f   a  1 × 4   an ten n a  ar r a y ,   in co r p o r atin g   f o u r   ‘ U ’ - s h ap ed   r ec tan g u l ar   p atch es  ar r an g ed   in   a  1 × 4   s tr u ctu r e,   w ith   th e  p r i m ar y   o b j ec tiv e  o f   ac h iev in g   a  s u b s ta n tial l y   h ig h   g ain .   T h e  ex ac t  g ap   m ai n tai n ed   b et w ee n   t h e  p atch es  is   0 . 5 1 2   λ .   Fo r   f ee d in g ,   a  q u ar ter - w a v e  m atc h i n g   n et w o r k   is   u s ed ,   in cl u d i n g   a  7 1   Ω   tr an s f o r m er   to   m atch   a   1 0 0   Ω   im p ed an ce   li n e  to   a  5 0   Ω   o n e.   T h e  to tal  d im e n s io n s   o f   th e  1 × 4   an ten n a,   in cl u d in g   th e  d ielec tr ic  s u b s tr ate,   ar e  4 5 × 1 3 . 6   m m .           Fig u r e  3 .   Desig n   o f   1 × 4  ar r ay   an ten n a       4 . 4 .     1 × 8  m icro s t rip a rr a y   a nte nn a       Fig u r e  4   illu s tr ates  a  1 × 8   an ten n a  ar r a y ,   d ev e lo p ed   w i th   ei g h t  ‘ U ’ - s h ap ed   r ec tan g u lar   p atch   ele m e n ts   ar r an g ed   in   a  1 × 8   c o n f i g u r atio n .   T h e  m ai n   g o al  o f   th i s   d esig n   is   to   s ig n i f ica n tl y   i n cr ea s e  th e  g a in .   T h e  o p tim al   s p ac i n g   b et w ee n   ea ch   p atch   is   m a in ta in ed   at   0 . 5 1 2   λ .   A s   f o r   th e  o v er all  d i m en s io n s   o f   t h e  1 × 8  an ten n a,   i n clu d i n g   th e  d ielec tr ic  s u b s tr ate,   t h e y   e x te n d   to   7 3 . 1 × 1 3 . 6   m m .           Fig u r e  4 .   Desig n   o f   1 × 8  ar r ay   an te n n a       4 . 5 .     2 × 8  m icro s t rip a rr a y   a n t enna     Fig u r e  5   d ep icts   an   an ten n a   co n s is t in g   o f   a  2 × 8   an te n n a  ar r ay ,   m ad e  u p   o f   s ix tee n   U - s h ap ed   r ec tan g u lar   p atch   ele m e n t s   ar r an g ed   in   a  2 × 8  co n f ig u r atio n .   T h is   d esig n   is   ai m ed   at  in cr ea s in g   th e  g ain .   T h e   ad j u s ted   s p ac in g   b et w ee n   th e   p atch es  is   0 . 5 1 2   λ .   T h e  f u ll   d im e n s io n s   o f   th e  2 × 8   an te n n a,   i n cl u d in g   th e   d ielec tr ic  s u b s tr ate,   ar e  7 3 . 1 × 2 7 . 2   m m .           Fig u r e  5 .   Desig n   o f   2 × 8  m icr o s tr ip   ar r ay   a n ten n a       5.   RE SU L T S AN D  D I SCU SS I O N   T h is   s ec tio n   r ev ie w s   t h e  s i m u l atio n   r esu lts   r an g i n g   f r o m   t h e  in d iv id u al  m icr o s tr ip   an te n n a  to   th e  2 × 8  an ten n a  ar r a y ,   all  m o u n ted   o n   a  R o g er s   R T 5 8 8 0   e p o x y   s u b s tr ate  w it h   a  p er m itt iv i t y   (  )   o f   2 . 2   an d   a  d ielec tr ic  s u b s tr ate  t h ic k n e s s   o f   0 . 5   m m .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Hig h - p erfo r ma n ce   2 8   GHz a n ten n a   a r r a y  d esig n   fo r   millime ter - w a ve   5 G  s ystem s   ( Mo u s s a b   C h b ein e )   1497   5 . 1 .     Ref lec t io n  c o ef f icient   Fig u r e  6   h ig h li g h ts   t h e  r ef le ctio n   ch ar ac ter is t ics  ( S1 1 )   o f   th e  p r o p o s ed   an ten n a  co n f i g u r atio n s .   Fig u r e  6 ( a)   p r esen ts   th e   r etu r n   lo s s   c h ar ac ter is tic   o f   t h e  s in g le - ele m e n t  a n ten n a  o p er atin g   at  2 8   GHz .    Fig u r e  6 ( b )   illu s tr ates  th e  r e f lectio n   co ef f icie n t  o f   t h e  1 ×2   ar r ay   an ten n a.   Fi g u r e  6 ( c)   s h o w s   t h e  S1 1   p er f o r m a n ce   o f   th e  1 ×4   ar r ay   an ten n a.   Fi g u r e  6 ( d )   p r esen ts   th e  r etu r n   lo s s   r esp o n s e  o f   th e  1 ×8   ar r ay   an te n n a,   w h ile  Fi g u r e  6 ( e)   illu s tr ates   th e  r ef lec tio n   co e f f ic ien t  c h ar ac ter is tic  o f   th e  p r o p o s ed   2 ×8   ar r ay   an ten n a   co n f i g u r atio n .   I t  ca n   b e   o b s er v ed   th at  th e  p r o p o s ed   an ten n a s   p r o v id e  b an d w id t h   co v er ag e   r an g in g   f r o m   2 4   to   3 0   GHz .   T h e  p r o p o s ed   an ten n a  co n f i g u r atio n s   e x h ib it  s ati s f ac to r y   i m p ed an ce   m atc h i n g   ac r o s s   th e  tar g eted   f r eq u en c y   b an d ,   w it h   all  r etu r n   lo s s   v al u es  r e m ai n i n g   w el l  b elo w   th e  −1 0   d B   cr iter io n   r e q u ir ed   f o r   ef f icie n t  an ten n a  o p er atio n ,   co n f ir m in g   ef f icie n t  an te n n a  p er f o r m an c e  ar o u n d   th e  2 8   GHz   o p e r atin g   f r eq u e n c y   f o r   5 G  ap p licatio n s .   T h e  o b t ain ed   r ef l ec tio n   ch ar ac ter is tics   ar e  co n s i s ten t  w ith   p r e v io u s l y   r ep o r ted   m m W a v e  a n ten n a  ar r ay   d esi g n s   o p er atin g   in   t h e  2 8   GHz   b an d   [ 2 8 ] ,   [ 3 1 ] ,   [ 3 5 ] .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )         ( e)     Fig u r e  6 .   R etu r n   lo s s   p lo t o f   ( a)   s in g le  ele m e n t a n te n n a,   ( b )   1   ×2   ar r ay   a n ten n a,   ( c)   1   ×4   ar r ay   a n te n n a,     ( d )   1 × 8   ar r ay   an te n n a ,   a n d   ( e)   2 ×8   ar r ay   an te n n a   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 4 9 2 - 1503   1498   5 . 2 .     Ra dia t io n  pa t t er n a nd   g a in   Fig u r e  7   p r esen ts   th e  t w o - d i m en s io n a l  ( 2 D)   r ad iatio n   p atter n s   o f   th e  p r o p o s ed   an te n n as  in   b o t h     E - p lan e  an d   H - p la n e  at  2 8   GHz .   Fig u r e  7 ( a)   s h o w s   th e   r ad iatio n   p atter n   o f   th e  s in g le - ele m en t  an ten n a.   Fig u r es  7 ( b )   to   ( d )   illu s tr at e  th e  r ad iatio n   c h ar ac ter is t i cs  o f   t h e  1 ×2 ,   1 ×4 ,   an d   1 ×8   an ten n a  ar r a y s ,   r esp ec tiv el y .   Fi g u r e  7 ( e)   p r e s en t s   th e  r ad iatio n   b eh av io r   o f   th e  p r o p o s ed   2 × 8   an ten n a  ar r ay .   I t  ca n   b e   o b s er v ed   th at  th e  a n te n n a  d i r ec tiv it y   i m p r o v es  p r o g r es s i v el y   a s   t h e  n u m b er   o f   ar r a y   ele m e n ts   in cr ea s e s ,   r esu lti n g   in   e n h a n ce d   r ad iatio n   p er f o r m a n ce   to w ar d   th e  d es i r ed   d ir ec tio n .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )         ( e)     Fig u r e  7 .   2 D  r ad iatio n   p atter n   o f   ( a)   s in g le  ele m e n t,  ( b )   1   ×2   ar r ay   a n ten n a,   ( c)   1   ×4   ar r ay   an ten n a,   ( d )   1 ×8   ar r ay   a n ten n a ,   an d   ( e)   2 ×8   ar r a y   an te n n a  at  2 8   GHz       Fig u r e  8   p r esen t s   t h e  t h r ee - d i m e n s io n al  ( 3 D)   r ad iatio n   p atter n s   o f   th e  p r o p o s ed   an ten n a   co n f i g u r atio n s   at  2 8   GHz .   Fi g u r e  8 ( a)   illu s tr ates  th e  3 D  r ad iatio n   p atter n   o f   th e  s in g le - ele m en t  an ten n a.   Fig u r es  8 ( b )   to   ( d )   s h o w   t h e  r ad iatio n   ch ar ac ter is tic s   o f   t h e   1 ×2 ,   1 ×4 ,   an d   1 × 8   an ten n a  a r r ay s ,   r esp ec tiv el y .   Fig u r e  8 ( e)   p r esen ts   th e  3 D  r a d iatio n   b eh av io r   o f   t h e  p r o p o s ed   2 ×8   an ten n a  ar r a y .   T h e  an t en n a  g ai n   in cr ea s es  p r o g r ess iv el y   a s   th e  ar r a y   s iz e  g r o w s ,   r ea ch i n g   its   h ig h est  v alu e  f o r   th e  p r o p o s ed   2 ×8   c o n f i g u r atio n .   T h ese  r esu lt s   co n f ir m   t h at  th e  a n te n n a  g ain   i n cr ea s es  s ig n i f ica n tl y   w it h   t h e  in cr ea s e  i n   t h e  n u m b er   o f   ar r ay   ele m en t s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Hig h - p erfo r ma n ce   2 8   GHz a n ten n a   a r r a y  d esig n   fo r   millime ter - w a ve   5 G  s ystem s   ( Mo u s s a b   C h b ein e )   1499   d u e  to   th e   en h a n ce m e n t o f   t h e   ef f ec ti v e  r ad iatin g   ap er t u r e.   T h e  p r o g r ess i v e  g ai n   e n h a n ce m en t o b s er v ed   i n   t h e   p r o p o s ed   an ten n a  ar r a y s   is   m ai n l y   at tr ib u ted   to   th e  i n cr ea s e  in   t h e  ef f ec ti v e  r ad iati n g   ap er tu r e  an d   th e   co n s tr u ct iv e  co m b in atio n   o f   el ec tr o m a g n etic  f ield s   g en er ated   b y   m u ltip le  an ten n a  ele m en ts .   As th e  n u m b er   o f   r ad iatin g   ele m e n t s   i n cr ea s es,   th e  a n te n n a  d ir ec tiv it y   b ec o m es   m o r e  f o cu s ed   to w ar d   th e  d esire d   r ad iatio n   d ir ec tio n ,   r esu lti n g   i n   h ig h er   g ain   p er f o r m a n ce .   Ho w e v er ,   in cr ea s in g   th e  ar r a y   s ize  m a y   al s o   in tr o d u ce   ad d itio n al  co u p lin g   ef f ec ts   a n d   f ee d in g   n et w o r k   co m p le x it y ,   w h ich   ca n   i n f l u en ce   t h e  i m p ed an ce   b an d w id t h   an d   r ad iatio n   ch ar ac ter is tic s   o f   th e  an ten n a  s y s te m .   T h e  o b tain ed   r esu lts   ar e  co n s i s te n t  w it h   p r ev io u s l y   r ep o r ted   m m W a v e  an te n n a  ar r ay s   [ 3 0 ] ,   [ 3 1 ] ,   [ 3 5 ] ,   w h er e  g ain   en h an ce m e n t  is   ac h ie v ed   th r o u g h   an   in cr ea s e   in   t h e  ef f ec ti v e  r ad iatin g   ap er tu r e.   C o m p ar ed   w ith   t h e s e  s t u d ies,  th e  p r o p o s ed   2 × 8   an ten n a  ar r ay   ac h iev e s   a   co m p eti tiv e  g ain   w h ile  m a in t ain i n g   a  r elativ el y   co m p ac t  s t r u ctu r e  an d   a  s i m p le  f ee d i n g   n et w o r k   s u itab le  f o r   p r ac tical  5 G  d ep lo y m e n ts .           ( a)   ( b )           ( c)   ( d )         ( e)     Fig u r e  8 .   3 D  r ad iatio n   p atter n   o f   ( a)   s in g le  ele m e n t,  ( b )   1   ×2   ar r ay   a n ten n a,   ( c)   1   ×4   ar r ay   an ten n a,   ( d )   1 ×8   ar r ay   a n ten n a ,   an d   ( e)   2 ×8   ar r a y   an te n n a  at  2 8   GHz       6.   SI M UL AT I O N  R E S UL T S  O F   VO L T A G E   ST AN DIN G   WAVE RA T I O   ( VS WR)   Fig u r e  9   ill u s tr ate s   t h e  v o ltag e  VSW R   c h ar ac ter is tic s   o f   th e  p r o p o s ed   an ten n a  co n f i g u r a tio n s   at   2 8   GHz .   Fi g u r e  9 ( a)   p r esen t s   t h e  V SW R   r es p o n s e  o f   th e   s i n g le - e le m e n t  a n te n n a .     Fig u r es  9 ( b )   to   ( d )   s h o w   t h e  VSW R   c h ar ac ter is tic s   o f   t h e  1 × 2 ,   1 ×4 ,   an d   1 ×8   an ten n a   a r r ay s ,   r esp ec ti v el y .   Fig u r e  9 ( e)   illu s tr ates  t h e  VS W R   p er f o r m a n ce   o f   t h e  p r o p o s ed   2 ×8   an ten n a  ar r a y .   All  an t en n a  co n f i g u r atio n s   ex h ib it  V SW R   v alu e s   b elo w   2 ,   in d icatin g   g o o d   i m p ed an ce   m atch in g   an d   e f f icien t  p o w er   tr an s f er   w it h   m i n i m al  r ef lect io n   lo s s e s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   1 6 9 3 - 6930   T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l ,   Vo l.  24 ,   No .   5 ,  Octo b e r   20 26 :  1 4 9 2 - 1503   1500       ( a)   ( b )           ( c)   ( d )         ( e)     Fig u r e  9 .   VSW R   p lo t o f   o f   ( a)   s in g le  ele m en t,  ( b )   1   × 2   ar r ay   an ten n a,   ( c)   1   ×4   ar r ay   a n ten n a,   ( d )   1 ×8   ar r ay   an ten n a ,   an d   ( e)   2 ×8   ar r ay   an t en n a  at  2 8   GHz       T ab le   2   p r o v id es  a  co m p ar is o n   o f   th e  p er f o r m a n ce   b et w ee n   th e  in d i v id u al  a n ten n a  an d   t h e   1 × 2 ,   1 × 4 ,   1 × 8 ,   an d   2 × 8   a r r ay   an te n n a,   ass es s ed   b ased   o n   r etu r n   lo s s ,   f r eq u en c y   b a n d w id th ,   an te n n a  g ain ,   an d   VSW R   cr iter ia.   T h is   an al y s is   r ev ea l s   th at  t h e  p er f o r m a n ce ,   p ar ticu l ar l y   in   ter m s   o f   g ai n ,   in cr ea s e s   w ith   t h e  ad d itio n   o f   m o r e  ele m en ts   to   t h e  ar r a y .   T h u s ,   t h e  d ata  co r r o b o r ate  th e  e f f ec ti v en e s s   o f   th e   ar r ay   ap p r o ac h   i n   o p tim izin g   an ten n a  g ai n .   I t  ca n   also   b e  o b s er v ed   th at  th e  g a in   i m p r o v e m e n t  is   ac co m p a n i ed   b y   v ar iatio n s   in   th e  o p er a tio n al  b an d w id th   a m o n g   th e  d i f f er en t  ar r a y   co n f i g u r atio n s .   T h e  1 ×8   an ten n a   ar r ay   p r o v id es  th e   w id es t  b an d w id th ,   w h i le  th e   2 ×8   c o n f ig u r atio n   ac h ie v es   th e  h i g h e s t  g ai n   w it h   a  r elativ el y   n ar r o w er   b an d w id t h .   T h is   b eh av io r   h ig h li g h t s   th e  tr ad e - o f f   b et w ee n   g ain   en h a n ce m en t  an d   b an d wid th   p er f o r m a n ce   in   lar g e  an ten n a  ar r a y s   d esi g n ed   f o r   m m W a v e  5 G  ap p licatio n s .   T h ese  f in d i n g s   d e m o n s tr ate  th at  in cr ea s in g   t h e   n u m b er   o f   a n te n n a  ele m en ts   i s   an   ef f ec ti v e  ap p r o ac h   f o r   im p r o v in g   r ad iatio n   p er f o r m a n ce   at  2 8   GHz .   T h e   r esu lt s   i n d icate   th a t  th e   p r o p o s ed   an ten n a  ar r a y s   ac h iev e  a  f a v o r ab le  b alan ce   b et w ee n   g ain   en h a n ce m e n t ,   i m p ed an ce   m atc h i n g ,   an d   b a n d w id th ,   m a k i n g   t h e m   s u ita b le  f o r   h ig h - d ata - r ate  m m W av e  co m m u n icatio n   s y s te m s .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
T E L KOM NI K A   T elec o m m u n   C o m p u t E l  C o n tr o l           Hig h - p erfo r ma n ce   2 8   GHz a n ten n a   a r r a y  d esig n   fo r   millime ter - w a ve   5 G  s ystem s   ( Mo u s s a b   C h b ein e )   1501   T ab le  2 .   C o m p ar is o n   o f   s i n g le - ele m en t a n te n n a  d esig n   a n d   a r r ay   a n ten n a s   1 × 2 ,   1 × 4 ,   1 × 8 ,   a n d   2 × 8   A n t e n n a   R e t u r n   l o ss (d B )   B a n d w i d t h   M h z   G a i n   ( d B )   V S W R   S i n g l e   e l e me n t   - 2 7 . 1 1   6 7 5   6 . 9 9   1 . 0 9   1 × 2   - 1 9 . 7 8   7 7 0   1 0 . 2   1 . 2 2   1 × 4   - 3 9 . 2 1   6 4 1   1 1 . 6   1 . 0 4   1 × 8   - 40   1 5 5 0   1 5 . 3   1 . 0 2   2 × 8   - 3 1 . 2 9   3 6 5   1 6 . 2   1 . 0 1       T ab le  2   co m p ar es  th e  p er f o r m an ce   o f   t h e  s i n g le - ele m e n t  an ten n a  w i th   t h o s e  o f   t h e  1 × 2 ,   1 ×4 ,   1 ×8 ,   an d   2 ×8   ar r ay   a n te n n a s   i n   ter m s   o f   r etu r n   lo s s   ( d B ) ,   b an d w id t h   ( MH z) ,   g ai n   ( d B ) ,   an d   VSW R .   C o m p ar ed   w it h   t h e  a n te n n a  ar r a y s   r ep o r ted   in   [ 2 8 ] – [ 3 5 ] ,   th e  p r o p o s ed   2 ×8   an ten n a  ar r a y   ac h iev e s   a  co m p eti tiv e  g ai n   o f   1 6 . 2   d B   w h ile  m a in ta in i n g   a   r elativ el y   co m p ac t  s ize  an d   a  s i m p le  f ee d in g   n et w o r k .   T h ese  c h ar ac ter is tics   m ak e  t h e  p r o p o s ed   d esig n   attr ac tiv e  f o r   p r ac tical  2 8   GHz   5 G  m m W a v e  ap p licatio n s .       7.   CO NCLU SI O N     T h is   p ap er   p r esen ted   th e  d esig n   a n d   p er f o r m a n ce   ev al u atio n   o f   co m p ac t  2 8   GHz   m icr o s t r ip   an ten n a   ar r ay s   f o r   m m W a v e  5 G  ap p lic atio n s .   Se v er al  s ca lab le  an te n n a  co n f i g u r atio n s ,   i n cl u d in g   s i n g le - ele m e n t,  1 ×2 ,   1 ×4 ,   1 ×8 ,   an d   2 ×8   ar r ay s ,   w e r e  d esig n ed   an d   a n al y ze d   u s i n g   C ST   Mic r o w av e   St u d io .   T h e  o b tain ed   r es u lt s   d em o n s tr ated   th at  th e  an ten n a   g ain   an d   d ir ec tiv it y   i m p r o v e  p r o g r ess iv el y   w it h   th e  in cr ea s e  in   th e  n u m b er   o f   ar r ay   ele m e n ts   w h ile  m ai n tai n in g   s ati s f ac to r y   i m p ed an ce   m atch i n g   a n d   VSW R   c h ar ac ter is tics .   T h e  p r o p o s ed   an ten n a  ar r a y s   p r o v id e  a  g o o d   tr ad e - o f f   b et w ee n   co m p ac t  s ize,   g a in   e n h an ce m e n t,  an d   b an d w id t h   p er f o r m a n ce ,   m a k i n g   th e m   s u itab le  ca n d id ates  f o r   f u t u r e   h i g h - d ata - r ate  5 G  co m m u n i ca tio n   s y s te m s .   I n   ad d itio n ,   th e  p r o p o s ed   f ee d i n g   tech n iq u e  o f f er s   a   r elati v el y   s i m p le   an d   e f f ec ti v e  s tr u ctu r e   f o r   s ca lab le  an ten n a  ar r a y   i m p le m en ta tio n   at  m m W a v e  f r eq u en cie s .   Fu t u r e  w o r k   w ill  f o c u s   o n   an ten n a  f ab r icatio n ,   ex p er i m e n tal  v a lid atio n ,   an d   th e  in te g r atio n   o f   b ea m - s te er in g   tec h n iq u es  f o r   ad v an ce d   p h ased - ar r a y   5 G  ap p lica tio n s       ACK NO WL E D G M E NT S   T h e  au th o r s   t h a n k   th e   I n f o r m atio n   S y s te m s   an d   T elec o m m u n icatio n s   L ab o r ato r y ,   Ab d elm ale k   E s s aâ d i U n i v er s i t y ,   T etu an ,   M o r o cc o ,   f o r   p ar tially   s u p p o r tin g   th i s   w o r k .         F UNDIN G   I NF O RM AT I O N    T h e  au th o r s   d ec lar e  th at  n o   s p ec if ic  r esear ch   g r an t,  f u n d in g   ag en c y   s u p p o r t,  o r   r esear ch   co n tr ac t  w a s   r ec eiv ed   f o r   th is   s t u d y .       RE F E R E NC E S   [ 1 ]   H .   A t t a r   e t   a l . ,   “ 5 G   sy st e m  o v e r v i e w   f o r   o n g o i n g   smar t   a p p l i c a t i o n s:   st r u c t u r e ,   r e q u i r e me n t s ,   a n d   s p e c i f i c a t i o n s , ”   C o m p u t a t i o n a l   I n t e l l i g e n c e   a n d   N e u ro s c i e n c e ,   v o l .   2 0 2 2 ,   p p .   1 – 1 1 ,   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 1 1 5 5 / 2 0 2 2 / 2 4 7 6 8 4 1 .   [ 2 ]   Y .   F e n g ,   J.  W e i ,   P .   D i n h ,   M .   G h o sh a l ,   a n d   D .   K o u t so n i k o l a s,   “ B e a m  m a n a g e me n t   i n   o p e r a t i o n a l   5 G   mm W a v e   n e t w o r k s,”   i n   Pro c e e d i n g s  o f   t h e   7 t h   AC M   Wo r k s h o p   o n   Mi l l i m e t e r - W a v e   a n d   T e r a h e r t z   N e t w o r k s   a n d   S e n s i n g   S y st e m s ,   O c t .   2 0 2 3 ,   p p .   1 3 – 1 8 ,   d o i :   1 0 . 1 1 4 5 / 3 6 1 5 3 6 0 . 3 6 2 5 0 9 2 .   [ 3 ]   J.  B o o d a i ,   A .   A l q a h t a n i ,   a n d   M .   F r i k h a ,   “ R e v i e w   o f   p h y si c a l   l a y e r   se c u r i t y   i n   5 G   w i r e l e ss  n e t w o r k s,”   A p p l i e d   S c i e n c e s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 2 ,   p .   7 2 7 7 ,   Ju n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / a p p 1 3 1 2 7 2 7 7 .   [ 4 ]   U .   A l i   e t   a l . ,   “ D a t a - d r i v e n   a n a l y si s o f   o u t d o o r - to - i n d o o r   p r o p a g a t i o n   f o r   5 G   mi d - b a n d   o p e r a t i o n a l   n e t w o r k s,”   Fu t u re  I n t e r n e t ,   v o l .   1 4 ,   n o .   8 ,   p .   2 3 9 ,   A u g .   2 0 2 2 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / f i 1 4 0 8 0 2 3 9 .   [ 5 ]   H .   El ma n n a i ,   R .   I .   A l k a n h e l ,   H .   Ş .   S a v c i ,   S .   H .   K i a n i ,   a n d   H .   S .   A b u   B a k a r ,   “ D u a l - b a n d   s u b - 6   G H z   M I M O   a n t e n n a   sy st e m  f o r   e n h a n c e d   c o n n e c t i v i t y   i n   smar t p h o n e s , ”   Me a su r e m e n t ,   v o l .   2 5 2 ,   p .   1 1 7 3 8 1 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 1 0 1 6 / j . me a su r e me n t . 2 0 2 5 . 1 1 7 3 8 1 .   [ 6 ]   G .   G i a n n a k o p o u l o s  a n d   K .   M .   S h a i k h ,   “ P h a se d   a r r a y   a n t e n n a s  f o r   5 G   a n d   b e y o n d :   i n n o v a t i o n s  a n d   i m p l e me n t a t i o n , ”   J o u r n a l   o f   C o g n i t i v e   C o m p u t i n g   a n d   C y b e r n e t i c   I n n o v a t i o n s( J C C C I ) ,   v o l .   1 ,   n o .   1 ,   p p .   4 2 – 4 9 ,   M a r .   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 2 1 2 7 6 / j c c c i / 2 0 2 5 . v 1 . i 1 . 8 .   [ 7 ]   F .   Q a mar,  S .   H .   A .   K a z mi ,   K .   A .   Z.   A r i f f i n ,   M .   T a y y a b ,   a n d   Q .   N .   N g u y e n ,   “ M u l t i - a n t e n n a   a r r a y - b a se d   m a ssi v e   M I M O   f o r   B 5 G / 6 G :   st a t e   o f   t h e   a r t ,   c h a l l e n g e s,  a n d   f u t u r e   r e se a r c h   d i r e c t i o n s, ”   I n f o rm a t i o n ,   v o l .   1 5 ,   n o .   8 ,   p .   4 4 2 ,   2 0 2 4 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / i n f o 1 5 0 8 0 4 4 2 .   [ 8 ]   S .   K .   I b r a h i m  e t   a l . ,   “ D e si g n ,   c h a l l e n g e s  a n d   d e v e l o p me n t s  f o r   5 G   ma ssi v e   M I M O   a n t e n n a   sy st e ms  a t   su b   6 - G H z   b a n d :   a   r e v i e w , ”   N a n o m a t e ri a l s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   3 ,   p .   5 2 0 ,   J a n .   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / n a n o 1 3 0 3 0 5 2 0 .   [ 9 ]   D .   A .   S e h r a i   e t   a l . ,   “ D e si g n   o f   h i g h   g a i n   b a se   s t a t i o n   a n t e n n a   a r r a y   f o r   mm - w a v e   c e l l u l a r   c o mm u n i c a t i o n   sy st e ms,”   S c i e n t i f i c   Re p o r t s ,   v o l .   1 3 ,   n o .   1 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 1 0 3 8 / s 4 1 5 9 8 - 0 2 3 - 3 1 7 2 8 - z.   [ 1 0 ]   M.   E .   M u n i r   e t   a l . ,   “ A   f o u r   e l e me n t   mm - w a v e   M I M O   a n t e n n a   sy st e m  w i t h   w i d e - b a n d   a n d   h i g h   i so l a t i o n   c h a r a c t e r i st i c s  f o r   5 G   a p p l i c a t i o n s, ”   M i c r o m a c h i n e s ,   v o l .   1 4 ,   n o .   4 ,   p .   7 7 6 ,   2 0 2 3 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / mi 1 4 0 4 0 7 7 6 .   [ 1 1 ]   Y .   Y a n g ,   M .   M a o ,   J.   X u ,   H .   L i u ,   J.  W a n g ,   a n d   K .   S o n g ,   “ M i l l i me t e r - w a v e   a n t e n n a s  f o r   5 g   w i r e l e ss  c o mm u n i c a t i o n s:   t e c h n o l o g i e s,  c h a l l e n g e s,  a n d   f u t u r e   t r e n d s, ”   S e n so rs ,   v o l .   2 5 ,   n o .   1 7 ,   p .   5 4 2 4 ,   2 0 2 5 ,   d o i :   1 0 . 3 3 9 0 / s 2 5 1 7 5 4 2 4 .   [ 1 2 ]   E.   M .   A l i   e t   a l . ,   “ D e f e c t e d   g r o u n d   s t r u c t u r e   a n t e n n a   a r r a y   w i t h   me t a s u r f a c e   i n sp i r e d   i n t e r l i n k e d   C S R R   f o r   5 G   mi l l i me t e r   w a v e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.