Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2024, № 1 · ELECTRODYNAMICS

Wide band dual-polarized antenna array of planar dipoles for base stations of mobile communication

K.V. Kobrin1, Z. Li2, V.A. Sledkov2, M.B. Manuilov1

1 Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russia
2 Guangzhou Compass Technology Co., Ltd, Guangzhou, China
Full text DOI: 10.30898/1684-1719.2024.1.6 UDC 621.396.67 EDN FPOMKZ

Abstract

A novel wideband modification of the base station antennas for mobile communication based on crossed planar dipoles is proposed for operation within frequency band 1.4-2.7 GHz. The operational frequency band of the suggested design of crossed dipoles was extended due to optimization of the profile of dipole arms approximated by means of Bezier curves of third order. The fine tuning of the mutual coupling of the crossed dipoles is achieved by optimization of the arms profile which yields the extension of the frequency band with high impedance matching and port isolation of antenna. The Bezier curves parameters were used as the optimization parameters. The characteristics of single antenna as well as 8-element array of crossed dipoles are studied in detail. The obtained characteristics of antenna array meet to the main requirements for base station antennas. Reflection coefficient within operational frequency band about octave is less than -14…-15 dB, ports isolation is -25 dB, cross polarization component is less than -17.5 dB. The antenna has the stable radiation pattern within operational frequency band the beam width for the level -10 dB in horizontal plane is equal to 120°+18°/-7°.

  • antenna array
  • Base station antenna
  • dual polarized antenna
  • crossed dipole
  • planar dipole
  • Bezier curve
Аннотация (на русском)

Широкополосная двухполяризационная антенная решетка планарных диполей для базовых станций мобильной связи

Предложена новая широкополосная модификация антенн базовых станций мобильной связи на основе скрещенных печатных диполей для работы в диапазоне частот 1.4-2.7 ГГц. Диапазонные свойства предложенной модификации скрещенных диполей удалось существенно улучшить в результате оптимизации формы плеч диполей, которые аппроксимировались с помощью кривых Безье третьего порядка. При оптимизации профиля плеч происходит более тонкая настройка взаимной связи скрещенных диполей, в результате чего удается расширить рабочую полосу частот, в которой антенна имеет высокое согласование и развязку. В качестве параметров оптимизации использовались параметры кривых Безье. Исследованы характеристики одиночного излучателя и линейной 8-элементной антенной решетки (АР). Достигнутые характеристики АР отвечают основным требованиям к антеннам базовых станций. Коэффициент отражения в рабочем диапазоне близком к октаве не превышает -14…-15 дБ, изоляция не хуже -25 дБ, кроссполяризационная составляющая не хуже -17.5 дБ. Антенна имеет стабильную диаграмму направленности (ДН) во всем рабочем диапазоне, ширина которой по уровню -10 дБ в горизонтальной плоскости составляет 120°+18°/-7°.

For citation

Kobrin K.V., Li Z., Sledkov V.A., Manuilov M.B. Wide band dual-polarized antenna array of planar dipoles for base stations of mobile communication // Journal of Radio Electronics. – 2024. – No. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2024.1.6

References

  1. Y.H. Cui, R.L. Li, and H.Z. Fu. A Broadband Dual-Polarized Planar Antenna for 2G/3G/LTE Base Stations// IEEE Transactions on Antennas and Propagation. Vol. 62. N. 9. pp. 4836 - 4840, 2014.
  2. K. Kobrin, Zimeng Li, V. Sledkov, M. Manuilov. A Broadband Dual-Polarized Planar Dipole Antenna Array for Sub-6 GHz Base Stations // IEEE 7th All-Russian Microwave Conference (RMC-2020). 2020. pp.180-183.
  3. V.A.Rudakov, Z. Li, V.A. Sledkov, V.V. Taranenko, M.B. Manuilov Dual-polarized dipole array with controlled beam tilt and wide radiation pattern for multi-beam antenna of base stations // IEEE Conf. Radiation and Scattering of Electromagnetic Waves (RSEMW 2021). 2021. pp. 171-174.
  4. K. Kobrin, Z. Li, V. Sledkov, M. Manuilov. Wideband Design of Dual-Polarized Planar Dipole for Base Station Antenna Application // 2022 IEEE 8th All-Russian Microwave Conference (RMC-2022). 2022. pp. 144-147.
  5. Y. Liu, H. Yi, F. W. Wang, and S. X. Gong. A novel miniaturized broadband dual-polarized dipole antenna for base station// IEEE Antennas Wireless Propag. Lett. vol. 12. pp. 1335-1338. 2013.
  6. Y. Luo and Q. X. Chu. Oriental crown-shaped differentially fed dual polarized multi-dipole antenna// IEEE Trans. Antennas Propag. vol. 63. N. 11. pp. 4678-4685. Nov. 2015.
  7. Ansys HFSS, https://www.ansys.com.
  8. Computer Aided Geometric Design // Edit. by R. E. Barnhill and R. F. Riesenfeld. Academic Press. 1974. 326 p.
  9. R. H. Bartels, J.C. Beatty, B.A. Barsky. An Introduction to Splines for Use in Computer Graphics and Geometric Modelling. San Francisco: Morgan Kaufmann, 1998. 485p.