تصميم هوائيات إدخال متعدد - إخراج متعدد متعددة النطاقات لمحطات الجيل الخامس المتنقلة

الباحث

مهند يوسف محسن

المشرف

جواد كاظم علي - علي جبار سالم

الجامعة

الجامعة التكنولوجية

الكلية / القسم

قسم الهندسة الكهربائية / هندسة الالكترونيك والاتصالات

الشهادة

دكتوراه

السنة

2023

لغة الرسالة

انكليزي

الكلمات المفتاحية

MIMO antenna;5G;Multiband;Mobile terminals

تعتبر أنظمة الهوائيات إدخال- متعدد إخراج- متعدد (MIMO) واحدة من تقنيات التمكين الرئيسية لأنظمة اتصالات الجيل الخامس. بسبب المساحة المحدودة للأجهزة المحمولة ، أصبحت مشكلة الاقتران المتبادل أكثر مع زيادة عدد الهوائيات. تهدف هذه الاطروحة إلى تصميم أنظمة هوائيات MIMO لمحطات الهاتف المحمول من الجيل الخامس. تم تحليل أنظمة هوائيات MIMO الأربعة المقترحة باستخدام برنامج CST Microwave Studio (الإصدار 2019( إثنان من هذه الأنظمة ، Laas أنظمة هوائيات إدخال- متعدد إخراج- متعدد (MIMO) ذي أربعة عناصر وثمانية عناصرء يعملان على التردد 3.5 جيجا هرتز (3600-3400) ميجا هرتز. وضعت كيانات الهوائي المقترحة على إطارين جانبيين نحيفين للجهاز المحمول لتلبية متطلبات الاتجاه الحالي لأجهزة الهواتف الذكية النحيفة وذات الشاشة الكاملة. ينقسم كل عنصر هوائي إلى جزئين ، جزء أمامي وجزء خلفي. يتكون الجزء الأمامي من خط تغذية على شكل 1 وهوائي بشكل هيلبرت الكسري أحادي القطب المعدل ، في حين أن الجزء الخلفي syle عن عنصر على شكل حرف L يقصر الى أرض النظام بواسطة أبتر قصير 0.5 ae يمكن الحصول على التصغير المرغوب من خلال إستغلال خاصية ملئ الفراغ لفكرة هيلبرت حيث تكون المساحة الكلية لعنصر الهوائي المطبوع على إطار الحافة الجانبية (9.72 مم x 5.99 مم) و (9.57 مم x 5.99 مم) لأنظمة هوائيات MIMO ذي الأربعة عناصر و الثمانية عناصر ¢ على التوالي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن عنصر الهوائي المقترح له هيكل بسيط. بناءً على خاصية العزل الذاتي ، تم تحقيق عزل عالي أفضل من 16.3 ديسيبل و 15 ديسيبل لأنظمة هوائيات MIMO المكونة من أربعة عناصر وثمانية عناصر ، على التوالي دون استخدام عناصر فصل إضافية و / أو تقنيات عزل ، الذي يزيد من تعقيد النظام ويقلل من كفاءة الهوائي. أما نظامي ال (MIMO) الاخرين المكونين من اربعة عناصر وثمانيه عناصر يعملان على نطاقين عريضين مع ترددات رنين ثلاثية التي تغطي النطاق الموسع لخدمة الاتصالات الشخصية (PCS) n25 والتطبيقات الأخرى ذات الصلة ¢ والنطاق الصيني للمحمول ، و 8320-46 ALTE تمت طباعة وحدات الهوائي المقترحة على الطبقة السطحية للوحة المتنقلة الرئيسية ، والتي تلبي متطلبات الاتجاه الحالي لأجهزة الهواتف الذكية النحيفة. تم تصميم عنصر الهوائي على أساس مزيج من الأشكال الهندسية الكسورية لمنحنيات Minkowski و Peano المعدلة. تم الحصول على تصغير مناسب للهوائي مع إمكانية تعدد النطاقات من خلال الاستفادة من خصائص (gle الفراغ والتشابه الذاتي للهندسة الكسورية الهجينة المقترحة حيث يكون حجم عنصر الهوائي (11.47 مم ءا 7.19 مم). إلى Gila ذلك adc أيضًا تحقيق هيكل هوائي بسيطة. sly على خاصية العزل الذاتي ، يتم تحقيق عزل جيد دون استخدام أي دوائر موائمة وعناصر عزل وطرق فصل و / أو إعادة تحسين هيكل الهوائي ¢ الذي يؤثر على كفاءة الهوائي ويزيد من تعقيد النظام. عزل نظام هوائي MIMO رباعي العناصر أفضل من 12.4 ديسيبل في النطاق السفلي وأفضل من 14.8 ديسيبل في نطاقات التشغيل الأعلى ، في حين أن نظام الهوائي المكون من ثمانية عناصر أفضل من 11 ديسيبل في النطاق السفلي وأفضل من 17 ديسيبل في نطاقات العمل الأعلى. تم تصنيع النموذجين لنظامي هوائي MIMO الضخم المكون من ثمانية عناصر واختبارهما تجريبياً. النتائج المتحصلة والمحاكاة متوافقة بشكل جيد. تم فحص معامل ال scattering والكفاءة و الكسب وخصائص الإشعاع لكل عنصر هوائي في نظام ال MIMO المقترح لتقييم أداءء ضمن النظام. ولتقييم أداء نظام ال MIMO المقترح ، يتم حساب معاملات ارتباط الغلاف (ECCs) وكسب التنوع (DG) ومتوسط الكسب الفعال (MEGs) وسعة القناة. تم تحقيق أداء هوائيات مرغوب فيها ، مما يؤكد ملاءمة أنظمة هوائيات ال MIMO الأربعة المقترحة للمحطات المتنقلة من الجيل الخامس المستقبلية.

Multi-Input Multi-Output (MIMO) antenna systems have been deemed one of the key-enabling technologies for 5G communication systems. Because of mobile devices’ limited space, the mutual coupling problem is becoming more pronounced with more penetration of antennas. This dissertation aims to design MIMO antenna systems for 5G mobile phone terminals. The proposed four MIMO antenna systems were analyzed using CST Microwave Studio software (version 2019). Two of these systems, which are four elements and eight elements MIMO antenna systems, are working on the interested band of 3.5 GHz (3400 - 3600) MHz. The proposed antenna entities are located over two slim side edges frame of the mobile device to meet the current trend requirements of slim and full-screen smartphone devices. Each antenna element is divided into two parts; a front part and a back part. The front part consists of an I-shaped feeding line and a modified Hilbert fractal monopole antenna, whereas the back part is an L-shaped element shorted to the system ground by a 0.5 mm short stub. Desirable compactness can be obtained by utilizing the Hilbert space-filling property where the antenna element’s overall planar size printed on the side-edge frame is just (9.72 mm × 5.99 mm) and (9.57 mm × 5.99 mm) for the four elements and eight elements MIMO antenna systems, respectively. Additionally, the proposed antenna element has a simple structure. Based on the self-isolated property, high isolation of better than 16.3 dB and 15 dB are attained for the four- element and eight-element MIMO antenna systems, respectively without employing additional decoupling elements and/or isolation techniques, increasing system complexity and reducing the antenna efficiency. The other two systems, which are four elements and eight elements MIMO antenna systems, can operate at two wide bands with triple resonance frequencies that cover the extended Personal Communications Service (PCS) n25 band and other related applications, the mobile china’s band, and the LTE Band-46. The suggested antenna units are printed on the surface layer of the main mobile board, meeting the present trend requirements of slim smartphone devices. The antenna element is designed based on a hybrid of modified Minkowski and Peano curves fractal geometries. Adequate antenna miniaturization with multi-band capability is obtained by utilizing the space-filling and self-similarity properties of the proposed hybrid fractal geometries where the antenna element size is (11.47 mm × 7.19 mm). Besides, a simple antenna structure is also realized. Based on the self-isolated property, good isolation is achieved without using any matching circuits, isolation elements, decoupling methods, and/or re-optimizing the antenna structure, affecting the antenna efficiency performance and increasing the system complexity. The isolation of the four-element MIMO antenna system is better than 12.4 dB in the lower band and better than 14.8 dB in the higher operating bands, while the eight- element antenna system is better than 11 dB in the lower band and better than 17 dB in the higher working bands. The two prototype models of the eight-element massive MIMO antenna systems were fabricated and experimentally tested. The measured and simulated results are in good agreement. The scattering parameters, antenna efficiencies, antenna gains, and antenna radiation characteristics are investigated to assess the proposed antenna performance. For evaluating the proposed antenna array system performance, the Envelope Correlation Coefficients (ECCs), Diversity Gain (DG), Mean Effective Gains (MEGs), and channel capacity are calculated. Desirable antenna and MIMO performances have been achieved, which confirms the suitability of the proposed four MIMO antenna systems for future 5G mobile terminals.

طلب نسخة من الملف

الملفات غير منشورة على الموقع. اترك بياناتك وسيتواصل معك موظفو قسم الشؤون الثقافية والفنون لإرسال النسخة مجاناً.

الاسم

رقم الهاتف

البريد الإلكتروني

الغرض من الطلب (اختياري)

إرسال الطلب