Μελέτη βελτιστοποίησης της αμοιβαίας σύζευξης μεταξύ στοιχείων κεραιών ΜΙΜΟ
Study on mutual coupling optimization between elements in MIMO antennas
Λέξεις-κλειδιά
MIMO ; CSRR ; Παρασιτικά στοιχεία ; Decoupling network ; Metamaterial ; Mutual coupling ; Neutralization line ; Parasitic element ; Patch antenna ; Αμοιβαία σύζευξηΠερίληψη
Τα τελευταία χρόνια, ο αλματώδης ρυθμός με τον οποίο μεταβάλλεται η τεχνολογία και οι σχετικές υπηρεσίας είχαν σαν συνέπεια και την παράλληλη ζήτηση για αυξημένη χωρητικότητα και ρυθμούς μετάδοσης δεδομένων. Η τεχνολογία Πολλαπλής –
Εισόδου – Εξόδου ΜΙΜΟ (Multiple – Input – Multiple – Output), η οποία αποτελεί την εξέλιξη του παλαιότερου τηλεπικοινωνιακού συστήματος Μονής – Εισόδου – Εξόδου SISO (Single – Input – Single – Output) εφαρμόστηκε προκειμένου να επιτευχθούν οι προαναφερθείσες απαιτήσεις. Ένα ΜΙΜΟ σύστημα έχει την ικανότητα να στέλνει και να δέχεται πολλαπλά ανεξάρτητα κανάλια ταυτόχρονα, επάνω στο ίδιο κανάλι, το οποίο αποτελεί μία ικανοποιητική λύση στο πρόβλημα της διάδοσης των πολλαπλών διαδρομών (multipath propagation). Όμως, παρά τα πλεονεκτήματά της, το γεγονός ότι σε ένα ΜΙΜΟ σύστημα οι κεραίες είναι τοποθετημένες σε πολύ κοντινή απόσταση μεταξύ τους δημιουργεί αμοιβαία σύζευξη μεταξύ των στοιχείων που εκπέμπουν, κάτι που επηρεάζει αρνητικά τα επιμέρους χαρακτηριστικά της κεραίας και κατά συνέπεια την απόδοση του συστήματος.
Η παρούσα διπλωματική εργασία, υπό τον τίτλο “ Μελέτη βελτιστοποίησης της αμοιβαίας σύζευξης μεταξύ στοιχείων κεραιών ΜΙΜΟ”, έχει ως σκοπό τη μελέτη, και ανάλυση συστημάτων ΜΙΜΟ καθώς και τη μελέτη συστημάτων απόζευξης (decoupling networks) που οδηγούν στη μείωση της προαναφερθείσας σύζευξης και την αύξηση της απομόνωσης των στοιχείων μεταξύ τους.
Αρχικά γίνεται μια αναδρομή στην ιστορία των τηλεπικοινωνιακών συστημάτων. Στη συνέχεια παρουσιάζεται η λειτουργία και η δομή των ΜΙΜΟ συστημάτων καθώς και το πώς τα συστήματα αυτά εκμεταλλεύονται το φαινόμενο των πολλαπλών διαδρομών
(multipath), με αποτέλεσμα να επιτυγχάνεται η αύξηση της χωρητικότητας καναλιού. Επιπρόσθετα ορίζεται ο πίνακας μεταφοράς του καναλιού ο οποίος περιέχει στοιχεία που καθορίζουν τα χαρακτηριστικά του καναλιού. Έπειτα δίνονται τα πλεονεκτήματα
και τα μειονεκτήματα των ΜΙΜΟ συστημάτων και ακολουθεί η περιγραφή του υπό μελέτη φαινομένου της αμοιβαίας σύζευξης και των τεχνικών μείωσης αυτού, ενώ κάθε τεχνική επεξηγείται με αρκετά πρόσφατα παραδείγματα που έχουν βρεθεί στη σύγχρονη
βιβλιογραφία. Ουσιαστικό κομμάτι της διπλωματικής αυτής εργασίας αποτελεί το Κεφάλαιο 9 υπό τον τίτλο “Μείωση της αμοιβαίας σύζευξης μεταξύ τετράγωνων κεραιών βρόχου σε σύστημα ΜΙΜΟ κεραιών πολύ μικρών διαστάσεων”, στο οποίο εμφαίνεται η έρευνά μου όσον αφορά τη σχεδίαση συστήματος απόζευξης καθώς και τα αποτελέσματα αυτής. Τέλος, γίνεται σύγκριση όλων των συστημάτων που παρουσιάστηκαν στην εν λόγω εργασία και δίνονται συμπεράσματα που προκύπτουν από το σύνολό της.
Περίληψη
The last years, the rapidly increase and change in technology and its relevant services had as a consequence the parallel increase in demand of high data transmission capacity and high data rate, as well. In order for these demands to be fulfilled, the MIMO technology (Multiple – Input – Multiple – Output), which in fact is the evolution of an older mobile communication system which is called SISO (Single – Input – Single – Output), was implemented. A MIMO system presents the remarkable ability of
simultaneously sending and receiving a large number of independent channels over the same radio channel, solving thus the problem of multipath propagation, in a satisfying degree. But, inspite of its advantages, the fact that the antennas in a MIMO system are placed in a densed proximity between them, in order to achieve the desired compact size which is essential for contemporary mobile appliances, can cause mutual coupling among the radiating elements. This phenomenon affects significantly the system overall performance by degrading antenna’s characteristics, and therefore it needs to be mitigated. The present dissertation under the title “Study on mutual coupling optimization between elements in MIMO antennas” concerns the investigation and analysis of MIMO systems, as well as the study of decoupling networks that lead to the reduction of the aforementioned coupling and the enhancement of the isolation between the radiating elements. Initially, there is a retrospection in the history of telecommunication systems. Afterwards, the logic and structure of MIMO systems are described, along with the way that these systems exploit the multipath phenomenon in order to achieve an increase in channel capacity. The channel transfer table which contains elements describing the channel's characteristics, is also defined. Then the advantages and disadvantages of MIMO systems are given, followed by a description of the phenomenon under study of mutual coupling and its reduction techniques, while each technique is explained by several recent examples found in modern literature. An essential part of this diplomatic MSc Thesis under the title “On reduction of Mutual Coupling Effect for Square Loop Antennas on a very Compact MIMO System”, in which my research regarding the design of a decoupling network and its results is shown. Finally, all the systems presented in this paper are compared and conclusions drawn from the whole are given.
Αριθμός σελίδων
73Σχολή
Σχολή ΜηχανικώνΑκαδημαϊκό Τμήμα
Τμήμα Ηλεκτρολόγων και Ηλεκτρονικών ΜηχανικώνΤίτλος Προγράμματος Μεταπτυχιακών Σπουδών
Ηλεκτρικές και Ηλεκτρονικές Επιστήμες μέσω Έρευνας (MSc by Research in Electrical and ElectronicsΓλώσσα
Ελληνικά
Εκτός από όπου επισημαίνεται κάτι διαφορετικό, το τεκμήριο διανέμεται με την ακόλουθη άδεια:
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές
Αναφορά Δημιουργού - Μη Εμπορική Χρήση - Παρόμοια Διανομή 4.0 Διεθνές