Abstract

A novel four-element MIMO antenna with reconfigurable bandwidth characteristics is reported in this paper. The proposed antenna is evolved using a chamfered rectangular monopole operating from 2.2 GHz to 11.3 GHz. The frequency selectivity of the antenna is accomplished by introducing a bandstop filter adjacent to the microstrip feed line of the UWB monopole. The proposed bandstop filter is constructed by introducing a notch in an all-pass filter. The notch band is carefully chosen such that the integration of the filter with the UWB radiator provides resonances centered around 2.4 GHz and 3.6 GHz suitable for WLAN communications. The bandwidth selection is accomplished using feed selection which is enabled using a set of PIN diodes. This makes the antenna work in two distinct operating modes, viz. the UWB mode (2.2 to >12 GHz) and the dual-narrowband mode (D-NB) (2.4 & 3.6 GHz). The research is further extended towards the construction of a MIMO antenna suitable for mobile networks. The prototype of the proposed four-element antenna is fabricated and analyzed for S-parameters, radiation, and diversity characteristics. The average gain of the MIMO antenna array is greater than 4.5 dBi in the UWB/D-NB mode. The estimated envelope correlation coefficient (ECC) is less than 0.1, diversity gain (DG) is close to 10 dB and the mean effective gain (MEG) is close to unity making the antenna suitable for a rich scattering environment. The proposed antenna is suitable for low power UWB communications and high throughput WLAN such as IoT, sub 6 GHz 5G communications, etc.

摘要

本文报道了一种具有可重构带宽特性的新型四单元 MIMO 天线。所提议的天线使用工作在 2.2 GHz 至 11.3 GHz 的倒角矩形单极天线进行演进。天线的频率选择性是通过在 UWB 单极子的微带馈线附近引入带阻滤波器来实现的。所提出的带阻滤波器是通过在全通滤波器中引入一个陷波来构造的。陷波频带经过仔细选择，以便滤波器与 UWB 辐射器的集成提供以 2.4 GHz 和 3.6 GHz 为中心的谐振，适用于 WLAN 通信。带宽选择是通过使用一组 PIN 二极管启用的馈电选择来完成的。这使得天线在两种不同的操作模式下工作，即。UWB 模式（2.2 至 > 12 GHz）和双窄带模式（D-NB）（2.4 和 3.6 GHz）。该研究进一步扩展到构建适用于移动网络的 MIMO 天线。所提出的四元天线的原型被制造并分析了 S 参数、辐射和分集特性。在 UWB/D-NB 模式下，MIMO 天线阵列的平均增益大于 4.5 dBi。估计的包络相关系数 (ECC) 小于 0.1，分集增益 (DG) 接近 10 dB，平均有效增益 (MEG) 接近于 1，使天线适用于丰富的散射环境。所提出的天线适用于低功率 UWB 通信和高吞吐量 WLAN，例如 IoT、sub 6 GHz 5G 通信等。该研究进一步扩展到构建适用于移动网络的 MIMO 天线。所提出的四元天线的原型被制造并分析了 S 参数、辐射和分集特性。在 UWB/D-NB 模式下，MIMO 天线阵列的平均增益大于 4.5 dBi。估计的包络相关系数 (ECC) 小于 0.1，分集增益 (DG) 接近 10 dB，平均有效增益 (MEG) 接近于 1，使天线适用于丰富的散射环境。所提出的天线适用于低功率 UWB 通信和高吞吐量 WLAN，例如 IoT、sub 6 GHz 5G 通信等。该研究进一步扩展到构建适用于移动网络的 MIMO 天线。所提出的四元天线的原型被制造并分析了 S 参数、辐射和分集特性。在 UWB/D-NB 模式下，MIMO 天线阵列的平均增益大于 4.5 dBi。估计的包络相关系数 (ECC) 小于 0.1，分集增益 (DG) 接近 10 dB，平均有效增益 (MEG) 接近于 1，使天线适用于丰富的散射环境。所提出的天线适用于低功率 UWB 通信和高吞吐量 WLAN，例如 IoT、sub 6 GHz 5G 通信等。和多样性特征。在 UWB/D-NB 模式下，MIMO 天线阵列的平均增益大于 4.5 dBi。估计的包络相关系数 (ECC) 小于 0.1，分集增益 (DG) 接近 10 dB，平均有效增益 (MEG) 接近于 1，使天线适用于丰富的散射环境。所提出的天线适用于低功率 UWB 通信和高吞吐量 WLAN，例如 IoT、sub 6 GHz 5G 通信等。和多样性特征。在 UWB/D-NB 模式下，MIMO 天线阵列的平均增益大于 4.5 dBi。估计的包络相关系数 (ECC) 小于 0.1，分集增益 (DG) 接近 10 dB，平均有效增益 (MEG) 接近于 1，使天线适用于丰富的散射环境。所提出的天线适用于低功率 UWB 通信和高吞吐量 WLAN，例如 IoT、sub 6 GHz 5G 通信等。