Design and Analysis of an Optimized Dual-Band Yagi-Uda Antenna for Millimeter-Wave Applications in 5G Networks: A Comprehensive Study with Performance Verification and Manufacturability

الملخص

تتطلب شبكات الجيل الخامس (G5) عند تردد 28 جيجاهرتز هوائيات عالية الكسب وذات كفاءة مرتفعة لتحقيق التغطية المطلوبة في تطبيقات الموجات المليمترية. تقدم هذه الدراسة تصميماً محسّناً لهوائي ياجي-أودا ثنائي النطاق باستخدام منهجية تحليلية متقدمة تعتمد على معادلات رياضية مخصصة ومحاكاة دقيقة باستخدام برنامج MATLAB. يحقق التصميم المقترح كسباً قدره 14.9 ديسيبل آيزوتروبيك (dBi) عند تردد 28 جيجاهرتز مع كفاءة إشعاع تبلغ 92.3% وعرض حزمة نسبي 7.5% (27.2-29.3 جيجاهرتز). يتميز الهوائي بعزل ممتاز بين النطاقات يتجاوز 24.3 ديسيبل ونسبة أمام-إلى-خلف تزيد عن 20 ديسيبل. أظهرت المقارنة المعيارية مع الأعمال البحثية الحديثة تفوقاً بنسبة 13.7% في الكسب و44% في عرض الحزمة. تم إجراء تحليل شامل لتأثير تفاوت التصنيع (±0.05 مم) باستخدام محاكاة مونت كارلو، مما يؤكد قابلية التصميم للإنتاج التجاري. النتائج تدعم إمكانية تطبيق الهوائي في محطات القاعدة والأجهزة المحمولة لشبكات G5 مع ضمان التوافق مع الأنظمة التقليدية.