DESIGNING A MIMO ANTENNA ARRAY FOR 5G NETWORKS
Authors: Бердников К.А. , Ищенко Е.А. , Кузнецова В.В. , Фёдоров С.М. 
Published: October 2021

Рассматривается антенная система для сетей пятого поколения частот 37 ГГц (миллиметровый диапазон радиоволн). Предлагается установка антенны на задней стенке устройства, а излучение радиоволн происходит через стеклянную заднюю панель устройства. Для функционирования в сетях пятого поколения была разработана MIMO антенная решетка, которая состоит из четырех элементов и способна функционировать в «умном» режиме. Благодаря этому возможно формирование луча в антенной системе (beamforming). Для анализа характеристик антенной системы были получены коэффициенты корреляции огибающей, диаграммы направленности, картины электрических полей, получены зависимости эффективной изотропно излучаемой мощности (EIRP), построены графики кумулятивных функций распределения EIRP в линейном и логарифмическом масштабе. Для определения влияния излучения на человека были построены картины удельного коэффициента поглощения (SAR) в соответствии с европейскими нормами на 10 грамм тканей. Все полученные результаты показывают высокую эффективность разработанной конструкции антенной решетки для сетей пятого поколения. Антенные элементы обладают малой взаимной корреляцией, позволяют обеспечить формирование луча, кумулятивные функции распределения показывают высокий уровень покрытия сферы эффективной изотропно излучаемой мощности радиоволнами. Также было показано, что разработанная антенная система обладает малым уровнем удельного коэффициента поглощения, что доказывает безопасность сетей пятого поколения миллиметрового диапазона радиоволн. Развитие современных систем связи позволяет достичь высокой безопасности и эффективности при получении информации

The article discusses an antenna system for networks of the fifth generation of 37 GHz frequencies (millimeter-wave radio waves). We propose to install the antenna on the rear wall of the device, radio waves are emitted through the glass rear panel of the device. For functioning in networks of the fifth generation, a MIMO antenna array was developed, which consists of four elements and is capable of functioning in a "smart" mode. This makes it possible to form a beam in the antenna system (beamforming). To analyze the characteristics of the antenna system, we obtained the correlation coefficients of the envelope, directional patterns, patterns of electric fields, the dependences of the effective isotropically radiated power (EIRP), and we plotted the graphs of the cumulative distribution functions of EIRP on a linear and logarithmic scale. To determine the effect of radiation on a person, we built pictures of the specific absorption rate (SAR) in accordance with European standards for 10 grams of tissue. All the results obtained show the high efficiency of the developed design of the antenna array for fifth generation networks. Antenna elements have low cross-correlation, allow for beam formation, cumulative distribution functions show a high level of coverage of the sphere of effective isotropically radiated power by radio waves. We also show that the developed antenna system has a low level of specific absorption coefficient, which proves the safety of fifth-generation networks of millimeter-wave radio waves. The development of modern communication systems makes it possible to achieve high security and efficiency in obtaining information