Publication: A dual-polarised array antenna using AEP-DNN technique for beam-steering in millimeter wave applications
| dc.contributor.author | Siti Zainab Mohd Hamzah | |
| dc.contributor.supervisor | Norun Farihah Abdul Malek | |
| dc.contributor.supervisor | Sarah Yasmin Mohamad | |
| dc.date.accessioned | 2025-09-18T04:11:49Z | |
| dc.date.available | 2025-09-18T04:11:49Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description.abstract | Nowadays, the evolution of wireless networks has become increasingly robust due to rising demands. Notably, one key feature of 5G is its capacity to offer broader coverage of received signals. Polarization diversity can be used to improve received signal coverage and mitigate link drop caused by polarization mismatch. In this study, a novel approach uses a single feeding port to simultaneously excite dual linearly polarised patch antenna array (DLPAA) at 28 GHz. Antenna array optimization involves pattern synthesis to achieve the desired radiation pattern of the proposed DLPAA. Currently, full-wave and conventional optimization tools are usually used to synthesise an antenna array, which makes the design slow and computationally expensive. This could lead to high inaccuracy in array synthesis especially when the antenna is highly sensitive in millimeter-waves. Deep learning algorithms map input features and target variables, automatically adjusting parameters based on known pairs. The project aims to develop active element pattern and deep neural network (AEP-DNN) algorithms to improve antenna array synthesis efficiency and reliability. Therefore, this study has led to three research objectives; the work begins with the design of dual-polarised antennas operating at 28 GHz. This is followed by the synthesis of a proposed DLPAA using the AEP-DNN method to enable beam-steering capabilities. This method is proposed because it demonstrates faster convergence, improved pattern prediction accuracy for large input datasets, reduces simulation costs and computational complexity while increasing overall learning efficiency. Finally, the antennas are fabricated and the algorithm is verified through testing. The proposed DLPAA is a 1×4 linear array (62.45 × 23.08 × 1.575 mm³) with 15.60 mm spacing. Simulated in CST, it achieves S₁₁ of –13 dB per port, with measured values ranging from –11.57 dB to –35.23 dB. The proposed DLPAA achieves these values through optimized impedance matching, dual-polarised design, and careful array configuration. The simulated co-polarised gains are improved from 12.10 dBi to 14.40 dBi (elevation) and 12.00 dBi to 13.10 dBi (azimuth). Although some discrepancies exist between simulated and measured results is due to fabrication or instrument errors, the performance remains acceptable. The AEP-DNN method, implemented in MATLAB, successfully steered beams to 0°, 5°, 10°, 15°, and 20°, with the predicted DNN patterns aligning well with the desired main lobe directions. RMSE values converged to approximately 1.5 (training) and 1.3 (validation), while training and validation losses reached minimums of 2.1–2.3 and 1.7–1.9, respectively. The method has been effectively applied for pattern synthesis and verified through both CST simulations and measurements on the fabricated antenna. | |
| dc.description.abstractarabic | في الوقت الحاضر، يشهد تطور الشبكات اللاسلكية تقدماً ملحوظاً نتيجة للطلب المتزايد عليها. ومن الجدير بالذكر أن إحدى الميزات الرئيسية لشبكات الجيل الخامس (5G) هي قدرتها على توفير تغطية أوسع للإشارات المستقبلة. ويمكن استخدام تنوع الاستقطاب لتحسين تغطية الإشارة المستقبلة والتقليل من انقطاع الاتصال الناتج عن عدم تطابق الاستقطاب. في هذه الدراسة، تم اقتراح نهج جديد يستخدم منفذ تغذية واحد لتحفيز مصفوفة هوائيات رقعية مزدوجة الاستقطاب الخطي (DLPAA) في الوقت نفسه عند تردد GHz .28 ويتضمن تحسين مصفوفة الهوائيات توليف الأنماط لتحقيق نمط الإشعاع المطلوب لمصفوفة (DLPAA) المقترحة. ومن المعتاد حالياً استخدام أدوات تحسين الموجة الكاملة وأدوات التحسين التقليدية لتوليف مصفوفة الهوائيات، وهو ما يجعل التصميم بطيئاً ومكلفاً حسابياً، وقد يؤدي ذلك إلى درجة عالية من عدم الدقة في توليف المصفوفة، خاصةً عندما يكون الهوائي شديد الحساسية للموجات المليمترية. تقوم خوارزميات التعلم العميق learning) (Deep بربط خصائص الإدخال ومتغيرات الهدف، مع ضبط المعلمات تلقائياً بناءً على أزواج معروفة. ويهدف هذا المشروع إلى تطوير خوارزميات نمط العنصر النشط والشبكات العصبية العميقة (AEP-DNN) لتحسين كفاءة توليف مصفوفات الهوائيات وموثوقيتها. لذلك، أسفرت الدراسة عن ثلاثة أهداف بحثية؛ إذ يبدأ العمل بتصميم هوائيات مزدوجة الاستقطاب تعمل عند تردد GHz 28، يلي ذلك تركيب (DLPAA) مقترح باستخدام طريقة (AEP-DNN) لتمكين توجيه الشعاع. تم اقتراح هذه الطريقة لأنها تؤدي إلى تقارب أسرع ودقة أفضل في التنبؤ بالأنماط لمجموعات بيانات الإدخال الكبيرة، كما أنها تقلل من تكاليف المحاكاة وتعقيد العمليات الحسابية، بينما تؤدي إلى زيادة كفاءة التعلم الإجمالية. وأخيراً، تم تصنيع الهوائيات والتحقق من صحة الخوارزمية من خلال الاختبارات. والمصفوفة المقترحة (DLPAA) هي مصفوفة خطية 4×1 )بأبعاد 62.45 × 23.08 × 1.575 مم(3 مع تباعد 15.60 مم. وعند محاكاتها باستخدام برنامج (CST)، تم تحقيق معامل انعكاس (S11) بقيمة dB –13 لكل منفذ، بينما تراوحت القيم المقاسة بين dB –11.57 و dB .–35.23 وقد حققت مصفوفة (DLPAA) المقترحة هذه النتائج من خلال تحسين مطابقة المعاوقة، وتصميم مزدوج الاستقطاب، وتكوين المصفوفة بعناية. كما تم تحسين مكاسب الاستقطاب المتطابق من dBi 12.10 إلى dBi 14.40 )رأسياً( ومن dBi 12.00 إلى dBi 13.10)أفقياً.( وعلى الرغم من وجود بعض التباينات بين نتائج المحاكاة والنتائج المقاسة نتيجةً لأخطاء في التصنيع أو في أدوات القياس، إلا أن الأداء لا يزال مقبولًا. وتم تطبيق طريقة (AEPDNN) باستخدام برنامج (MATLAB)، حيث نجحت في توجيه الشعاع إلى الزوايا °0، °5، °10، °15، و °20، وتطابقت أنماط (DNN) المتوقعة مع اتجاهات الشعاع الرئيسي المطلوبة. وصلت قيم الجذر التربيعي لمتوسط الخطأ (RMSE) إلى نحو 1.5 )للتدريب(و 1.3 )للتحقق(، بينما وصلت خسائر التدريب والتحقق إلى حد أدنى يتراوح بين 2.3–2.1 و 1.9–1.7 على التوالي. وقد تم تطبيق هذه الطريقة بفعالية لتوليف النمط وتم التحقق منها من خلال كل من محاكاة (CST) والقياسات الفعلية على الهوائي المصنع. | |
| dc.description.callnumber | et TK 7871.6 S6237D 2025 | |
| dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | |
| dc.description.degreelevel | Doctoral | |
| dc.description.email | zainab.hamzah@live.iium.edu.my | |
| dc.description.identifier | Thesis : A dual-polarised array antenna using AEP-DNN technique for beam-steering in millimeter wave applications / by Siti Zainab binti Mohd Hamzah | |
| dc.description.identity | G1910010Sitizainabmohdhamzah | |
| dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering (KOE) | |
| dc.description.nationality | MALAYSIA | |
| dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2025. | |
| dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xxiii, 219 leaves) ; color illustrations. | |
| dc.description.programme | Doctor of Philosophy in Engineering | |
| dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33228 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2025 | |
| dc.rights | OWNED BY STUDENT | |
| dc.subject.lcsh | Antennas (Electronics) | |
| dc.subject.lcsh | Millimeter wave communication systems | |
| dc.subject.lcsh | Deep learning (Machine learning) | |
| dc.title | A dual-polarised array antenna using AEP-DNN technique for beam-steering in millimeter wave applications | |
| dc.type | Doctoral Theses | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oairecerif.author.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- G1910010Sitizainabmohdhamzah_SEC.pdf
- Size:
- 31.33 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text.
