Diseño de antena MIMO de doble banda altamente eficiente basado en aprendizaje automático de regresión para aplicaciones de 5G en mm-Wave y predicción de ganancia

Con el crecimiento exponencial de los sistemas de comunicación inalámbrica, la necesidad de antenas compactas y de alto rendimiento que operen en frecuencias de onda milimétrica (mm-Wave) se ha vuelto cada vez más crítica. Este documento presenta un diseño integral y un análisis de rendimiento de un sistema de antena de parche microstrip que opera a frecuencias duales de 28 GHz y 38 GHz, adecuado para aplicaciones de 5G y más allá. La antena evoluciona de un elemento único a una matriz de 2 elementos y una configuración MIMO de 4 puertos, logrando ganancias altas de 9 dB y 8.4 dB, respectivamente. Cubre anchos de banda amplios de 2.55 GHz y 5.77 GHz dentro de los rangos de operación de 26.73-29.28 GHz y 34.96-40.73 GHz. Diseñada sobre un sustrato Rogers RT5880, la antena mide 31.26 mm × 31.26 mm (2.92λ0 × 2.92λ0), ofreciendo un área compacta con un excelente rendimiento. El sistema logra valores de aislamiento superiores a 35 dB y 29 dB, coeficientes de correlación de envolvente (ECC) extremadamente bajos de 0.999, y eficiencias de radiación que superan el 98% y el 99%. Se empleó un marco de predicción de rendimiento basado en aprendizaje automático, donde se evaluaron cinco modelos de regresión utilizando métricas críticas, incluyendo puntuación de varianza, R-cuadrado, error cuadrático medio (MSE), error absoluto medio (MAE) y error cuadrático medio de raíz (RMSE). Entre ellos, el modelo de regresión Extra Trees demostró la mayor eficacia, logrando las tasas de error más bajas del 14.04% para MAE, 4.42% para MSE y 21.03% para RMSE, junto con una precisión de predicción de aislamiento de aproximadamente el 93%. Con su rendimiento excepcional, diseño compacto y capacidades de predicción inteligente, el sistema de antena propuesto es un fuerte competidor para las futuras redes de comunicación inalámbrica mm-Wave de alta capacidad.