Excellent integration of a multi-SRR-hexagonal DNG metamaterial into an inverted triangle top microstrip antenna for 5G technology applications at 3.5 GHz

• Autorzy: Saktioto Saktioto , Siregar Faridah Hanum , Soerbakti Yan , Rini Ari Sulistyo , Syamsudhuha Syamsudhuha , Anita Sofia

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2024.01.27

Warianty tytułu

PL

Doskonała integracja metamateriału DNG multi-SRR-heksagonalnego z odwróconą górną anteną mikropaskową do zastosowań w technologii 5G przy 3,5 GHz

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The application of engineered material methods for the generation of electromagnetic waves continues to be developed, especially in the field of telecommunications. Metamaterial is a suitable reflector material to penetrate telecommunications boundaries in meeting the required antenna specifications and mobility. In this research, the development of telecommunication antenna designs inspired by multi-cell indexed double negative (DNG) metamaterials was carried out. The microstrip antenna structure consists of an inverted triangular-shaped copper plate superimposed on the top surface of the FR-4 substrate. This antenna design is operated in the frequency range of 0.05 – 9 GHz by integrating a hexagonal split ring resonator (SRR) metamaterial structure with a configuration of 3×3. The proposed metamaterial was successfully identified regarding DNG optical characteristics, which has the highest near-zero resonance index in the frequency range of 1.98 – 2.71 GHz. The original inverted triangle antenna has been designed with a performance of -23.96 dB at 3.75 GHz. The 1.62 GHz bandwidth profile of the same original antenna was also obtained from its combination with a hexagonal pattern SRR metamaterial characterized by a red shift at 3.5 GHz and a reduced reflection coefficient of -35.94 dB. In addition, the gain performance obtained is more optimal at 4.35 dBi at a frequency of 7.26 GHz. However, the improved antenna design with this metamaterial pattern can be applied to the telecommunications technology field of 5G networks.

PL

Zastosowanie metod inżynierii materiałowej do generowania fal elektromagnetycznych jest stale rozwijane, zwłaszcza w dziedzinie telekomunikacji. Metamateriał to odpowiedni materiał odblaskowy używany do penetracji granic telekomunikacyjnych w celu spełnienia wymaganych specyfikacji anteny i mobilności. W ramach tych badań przeprowadzono opracowanie projektów anten telekomunikacyjnych inspirowanych wielokomórkowymi metamateriałami podwójnie ujemnymi (DNG). Struktura anteny mikropaskowej składa się z miedzianej płytki w kształcie odwróconego trójkąta, nałożonej na górną powierzchnię podłoża FR-4. Ta konstrukcja anteny działa w zakresie częstotliwości 0,05 – 9 GHz dzięki zintegrowaniu struktury metamateriału z sześciokątnym rezonatorem pierścieniowym (SRR) w konfiguracji 3×3. Proponowany metamateriał został pomyślnie zidentyfikowany pod kątem właściwości optycznych DNG, który ma najwyższy bliski zeru współczynnik rezonansu w zakresie częstotliwości 1,98 – 2,71 GHz. Oryginalna antena w kształcie odwróconego trójkąta została zaprojektowana z myślą o wydajności -23,96 dB przy 3,75 GHz. Profil szerokości pasma 1,62 GHz tej samej oryginalnej anteny uzyskano również w połączeniu z metamateriałem SRR o wzorze heksagonalnym charakteryzującym się przesunięciem ku czerwieni przy 3,5 GHz i zmniejszonym współczynnikiem odbicia do -35,94 dB. Ponadto uzyskana wydajność wzmocnienia jest bardziej optymalna przy 4,35 dBi przy częstotliwości 7,26 GHz. Jednak ulepszona konstrukcja anteny z tym wzorem metamateriału może być zastosowana w dziedzinie technologii telekomunikacyjnych sieci 5G.

Słowa kluczowe

EN

hexagonal; metamaterial; microstrip antenna; near-zero index; split ring resonator

PL

heksagonalny; metamateriał; antena mikropaskowa; indeks bliski zeru; rezonator z dzielonym pierścieniem

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2024
• Tom: R. 100, nr 1
• Strony: 130--133
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Saktioto Saktioto

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0001-9200-8998

autor

Siregar Faridah Hanum

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0009-0000-6769-1916

autor

Soerbakti Yan

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-6999-2090

autor

Rini Ari Sulistyo

• Department of Physics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-5435-2568

autor

Syamsudhuha Syamsudhuha

• Department of Mathematics, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0001-6896-4699

autor

Anita Sofia

• Department of Chemistry, Faculty of Mathematics and Natural Sciences, Universitas Riau, Pekanbaru 28293, Indonesia

• https://orcid.org/0000-0002-3859-7469

Bibliografia

• [1] Bilotti F., Alu A., Vegni L., Design of Miniaturized Metamaterial Patch Antennas with -Negative Loading, IEEE Trans. Antennas Propag., 56 (2008), No. 6, 1640-1647
• [2] Guelber E.F., Cardoso A.S.V., Capovilla C.E., Araujo H.X., A Modified Ultra Wide Band Antenna with Metamaterial Patterns for Telecommunications Systems, Przeglad Elektrotechniczny, 92 (2016), No. 1, 166-169
• [3] Santalunai N., Santalunai S., Rattananamlom A., Chaipanya P., Meesawad P., Thongsopa C., Pumpoung T., Investigation on Characteristics of Metamaterials by Using Metallic Rod Structure for Antenna Engineering, Przeglad Elektrotechniczny, 98 (2022), No. 5, 103-109
• [4] Kurnia M.F., Syahputra R.F., Saktioto, Expansion of Filter Design from GHz to THz with Metamaterial Hexagonal Split Ring Resonator, J. Phys. Conf. Ser., 1090 (2018), No. 1, 1-6
• [5] Keriee H.H., Rahim M.K.A., Nayyef N.A., Ayop O., Al-Gburi A.J.A., Compact Wideband Metamaterial Quadrature Coupler for 5G Beamforming Applications, Przeglad Elektrotechniczny, 99 (2023), No. 3, 172-175
• [6] Jalil M.A., Abdolkarim A., Saktioto T., Ong C.T., Yupapin P.P., Generation of THz Frequency Using PANDA Ring Resonator for THz Imaging, Int. J. Nanomed., 7 (2012), 773- 779
• [7] Saktioto T., Irawan D., Yupapin P.P., Phatharacorn P., A Single Eye 3D Image Perception Device Using Vertical Double Ring Resonator Construction, Microw. Opt. Technol. Lett., 57 (2015), No. 8, 1802-1805
• [8] Al-saedi A.J.H., Perez J.C., A Review: Compact Size and Isolation of MIMO Antenna, Przeglad Elektrotechniczny, 98 (2022), No. 7, 11-17
• [9] Saktioto T., Syahputra R.F., Punthawanunt S., Ali J., Yupapin P., GHz Frequency Filtering Source Using Hexagonal Metamaterial Splitting Ring Resonators, Microw. Opt. Technol. Lett., 59 (2017), No. 6, 1337-1340
• [10] Qi Y., Hunukumbure M., Nekovee M., Lorca J., Sgardoni V., Quantifying Data Rate and Bandwidth Requirements for Immersive 5G Experience, IEEE Int. Conf. Commun. Workshops, 2016 (2016), 455-461
• [11] Ahmad W.S.H.M.W., Radzi N.A.M., Samidi F.S., Ismail A., Abdullah F., Jamaludin M.Z., Zakaria M., 5G Technology: Towards Dynamic Spectrum Sharing Using Cognitive Radio Networks, IEEE Access, 8 (2020), 14460-14488
• [12] Awangga F.S.A., Adaniah W.R.A., Ariyanti S., Kusumawati D., Kiki P.E., Aziz A., Studi Lanjutan 5G Indonesia 2018– Spektrum Outlook dan Use Case untuk Layanan 5G Indonesia, Research Team of Puslitbang SDPPI, (2018)
• [13] GSMA, 5G Guide: GSMA Public Policy Position, Global System for Mobile Communications Association, (2019), 1-15
• [14] Wenshan C., Shalaev V., Optical Metamaterials: Fundamentals and Applications, Springer, 3 (2010), 1-9
• [15] Saktioto, Soerbakti Y., Syahputra R.F., Gamal M.D.H., Irawan D., Putra E.H., Darwis R.S., Okfalisa, Improvement of Low-Profile Microstrip Antenna Performance by Hexagonal-Shaped SRR Structure with DNG Metamaterial Characteristic as UWB Application, Alex. Eng. J., 61 (2022), No. 6, 4241- 4252

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).