文摘

本文提出一种三乐队单极天线设计的总体规模 WLAN / WiMAX多输入和多输出(MIMO)笔记本电脑的应用程序。它包括三个单极辐射元素,连同两个矩形的调优存根。这个结构激发2.4 / 5.2/5.8 GHz WLAN和2.3 / 3.3/5.5 GHz WiMAX乐队。提出了天线阵的原型测试由使用相同的天线设计表明,测量-10 db阻抗带宽的11.86% (2.22 - -2.50 GHz)在一个较低的乐队( ),5% (3.25 -3.42 GHz)介质带( )和16.84% (5.00 - -5.92 GHz)上带( )。测量增益和辐射效率远高于3.65 dBi和75%,分别在整个操作乐队。同时,测量隔离两个天线之间的相关系数比-20 db和信封(ECC)小于0.004在感兴趣的三个乐队。这证实了的适用性提出了MIMO天线阵在笔记本电脑的应用程序。

1。介绍

MIMO技术已引起兴趣WLAN和WiMAX操作系统由于其可能的应用,安全、高速数据传输和高效的频谱利用率。实际上,最少需要两个天线高的占用较小的区域隔离为了得到高速信号传输和接收的笔记本电脑。文献[1- - - - - -10报道许多有前途的MIMO天线阵的多波段操作笔记本电脑。

亲戚。陆。黄等人提出了高隔离MIMO天线阵的笔记本电脑1,2和平板电脑的3]。该天线占据大量的 (1),55岁 (2), (3]。MIMO天线组成的一个循环结构,提出了一种无源元件(4)和大小 还有一个额外的地平面的大小 这是连接到系统。同时,阻抗带宽测量在6 db,一般不接受笔记本电脑无线应用程序。双波段天线操作2.4 / 5.2/5.8 GHz报告(5- - - - - -7]。MIMO天线阵列(5)使用两个天线之间的解耦结构作为一个孤立元素的笔记本电脑,也占据了大量的 。它也放置在地面系统的中心,通常用于嵌入数码相机镜头。位于同一平面的印刷天线(6)使用伸出地面嵌入式T形槽,为了减少相互耦合的维数 。(使用的迂回地隔离技术7]减少了互耦低于-20分贝,大尺寸的 。两个相同的天线提出了(8)的大小5 和使用分离电感器,减少相互耦合的2.4 ghz乐队。电感器的使用使得硬件复杂,也增加了天线的功率消耗。独立的单极天线用于MIMO阵列没有任何隔离元素在2.4 / 3.5/5.5 GHz和12维度 据报道在9]。平面inverted-F天线电磁带隙形状随着蚀刻在地上飞机。文中应用在笔记本电脑设备提出了(10),但有一个很大的尺寸为33.5 。

从上面的文献,据悉,小型化的部署多个天线具有低耦合系数和高射频性能,能覆盖整个笔记本电脑无线乐队。文中应用,是研究人员和天线设计师构成挑战。

提出了一种三乐队单极天线设计的总体规模 在预期的2.4 / 5.2/5.8 GHz WLAN和2.3 / 3.3/5.5 GHz WiMAX乐队。文中应用在笔记本电脑。

2。天线设计

拟议中的天线由三个单极辐射元素,即带广告(倒C),带如(倒J)和脱衣舞FI(倒U),和两个矩形开放式调优存根,即“m”(₁xb₁)和“n”(a₂xb₂),如图1。为了得到在大约5.5 ghz的共振(5.2/5.8 GHz WLAN和5.5 GHz WiMAX乐队),带广告设计以这样一种方式,其总长度约等于半波长长5.5 GHz的共振模式。条广告是连接到系统的地面点“A”,介绍了g喂养差距₁如图1(一)。使用这个地带,该天线成功地生成所需的乐队如图1 (d)。

加沙地带如旨在获得3.35 GHz的共振模式(3.3 -3.4 GHz)乐队以这样一种方式,其总长度约等于四分之一波长长3.35 GHz的共振模式。加沙地带如放置在带广告,“E”点相连。这介绍了风冷差距g₂如图1 (b)。通过引入这个地带,该天线成功生成乐队但变化带向更高频率由于阻抗失配,如图1 (d)。为了优化获取所需的乐队,一个矩形开放式调优存根(一个“m”的长度₁(b)和高度₁)添加“B”带点广告,如图1 (b)。

实现谐振模式大约在2.4 ghz(2.3 GHz WiMAX和2.4 GHz WLAN波段),带FI的总长度是选为四分之一波长长在2.4 GHz的共振模式。加沙地带FI弯曲点“H”形成倒U形弯曲,因而所需的四分之一波长带的长度FI只减少到25.5毫米(约0.2λ)。

上面放置带FI地带如和耦合点“F”,引入了一个充气差距g₃如图1 (c)。这个生成所需的乐队的天线,但转变带向更高的频率,由于更多的容抗由一个充气差距g₃如图1 (d)。为了减轻这种容抗的增加,第二个矩形开放式调优存根(一个“n”的长度₂(b)和高度₂)被添加到带如如图1 (c)。这个存根的曲调乐队和天线的输入阻抗相匹配的阻抗同轴饲料。在这里,所需的带宽和乐队不受影响。

3所示。提出了天线几何

WLAN / WiMAX的完整结构提出了磁单极子天线的笔记本电脑图所示2。单极辐射元素的铜厚度和调优存根使用提出了天线选择是0.05毫米。该天线放置的距离从左边角落的顶部边缘系统的大小 (支持13′′笔记本电脑显示屏)是由91%的铜厚度0.2毫米。天线结构的长度21毫米,上面显示只有8毫米的高度系统地面。该天线的8毫米高度承诺在实际无线应用程序的笔记本电脑。拟议的单极天线是美联储通过使用50Ω低损耗微型同轴电缆的导体和外部接地鞘连接在点P(馈电点)在较低的边缘地带的广告和Q点(接地)的上边缘系统地面。这个喂养位置使所有辐射元素的有效介电常数等于1,因此,获得所需的乐队的贡献提出天线(11]。

4所示。提出了天线的参数研究

该天线的参数研究是探索“m”(的最佳值₁xb₁),“n”(a₂xb₂), ,在所需的分别 ,和乐队。其余的优化尺寸的天线,如图2。

4.1。影响矩形优化存根(一个“m”₁xb₁)提出的天线

的影响一个矩形开口端优化存根(一个“m”的长度₁(b)和高度₁)回波损耗,提出了天线的输入阻抗研究了图3。从图3(一个),它是指出的价值₁从0毫米增加到1.5毫米和b₁从0毫米增加到0.9毫米,带转向低频率变弱时产生的容抗充气差距g₂。借助图3 (b),还看到有一个光滑的输入阻抗的变化从68年Ω50Ω和电抗也变得等于零5.5 GHz的共振模式。的价值₁和b = 1.5毫米₁= 0.9毫米,天线的输入阻抗等于50Ω和电抗等于零5.5 GHz的期望的谐振模式,如图3 (b)。这种情况导致阻抗匹配和成功的一代乐队与所需的带宽。因此,“m”的优化尺寸是1.5 x0.9mm²。

4.2。影响矩形优化存根(一个“n”₂xb₂)提出的天线

矩形的影响优化存根(一个“n”的长度₂(b)和高度₂)提出了天线的回波损耗和输入阻抗研究了图4。的价值₂从0毫米增加到1.8毫米和b₂从0毫米增加到0.9毫米,乐队的转变从3.85 GHz的谐振模式转向一个谐振模式的3.35 GHz带,如图4(一)。另外,见图4 (b),对于一个₂和b = 1.8毫米₂= 0.9毫米,输入电阻等于50Ω容抗等于零3.35 ghz的所需的共振。这导致天线和同轴饲料之间的阻抗匹配,生成所需的乐队。从图4,也见过和乐队不受影响。因此,“n”的优化尺寸是1.8 x0.9mm²

4.3。L的影响不同_x在提出的天线

不同的影响从0毫米到70毫米(增量步的35毫米)安装该天线系统的地面上 ,和分析了乐队在图5。清楚地看到,2.4 = 0毫米,共振模式转向更高的频率,减少带宽由于阻抗匹配的退化,而共振模式的3.35 ghz和5.5 GHz的乐队的影响可以忽略不计。在= 35毫米,提出了天线的所有所需的乐队得到所需的带宽和电压驻波比小于2。因此,从以上的研究中,最优的价值= 35 mm选择安装该系统上的天线。

从上面的参数研究,所选的值₁xb₁,一个₂xb₂,1.5 x0.9mm²1.8 x0.9mm²分别,35毫米。提出了天线的其他优化值表1。

模拟该天线的回波损耗如图6。

5。两个天线MIMO系统提出了WLAN / WiMAX单极天线

可能形成的天线阵列使用提出了WLAN / WiMAX单极天线进行了研究在这一节和图所示7。第一天线阵列(我)两个天线,即1和2天线,天线安装在同一个系统地面的上边缘,155毫米的距离。天线1是该天线,如图21和2天线是天线的精确复制品。模拟参数的年代₁₁,年代₂₁,年代₂₂的情况下,我在图所示8。在这种情况下,相同的年代对带宽的影响观察₁₁和S₂₂但返回的损失和更高的年代₁₁而返回的损失更高的年代₂₂。2.4 GHz的共振模式变化在2.37 ghz的频率由于感抗较大由同轴源天线1和2天线和当前路径长度(0.2 )对FI。因此,2.4 ghz (2.4 -2.48 ghz)乐队不是覆盖。的带宽乐队不受影响和天线是一样的(请参见图16),因为完美的天线和同轴提要之间的阻抗匹配。5.5 GHz的共振模式转向更高的频率为5.9 ghz,从而影响到5.2 ghz无线局域网乐队。另外,根据需要₂₁不是比-20分贝和乐队。因此,这种情况下不考虑。

第二个可能的天线阵列(II)如图7进一步研究。在这种情况下,天线1和天线3放置彼此相邻的距离35毫米的左上角系统地面。天线3是一个确切的复制品天线1和逆时针旋转90°,然后将它在垂直系统的左边缘。在图所示的模拟参数9。看到,有一个伟大的不匹配₁₁和S₂₂。从年代₂₂天线3,见过的阻抗带宽和乐队被还原,不符合所需的带宽。虽然,年代乐队仍不受影响₁₁和S₂₂,年代₂₁大约是-13分贝几乎不接受高射频MIMO系统的性能。因此,这个数组(II)不是有吸引力的形成分布式天线系统的笔记本电脑。

另一个可能的数组(III)成立,利用天线1和天线进行分析,如图47。在这种情况下,天线天线1和4是一样沿着x轴旋转180°。然后放置在底部的边缘系统在距离地面200毫米从天线1。图10显示了模拟案例三世的S参数。在这里,它是观察到的带宽₁₁和S₂₂图一样吗6除了良好的回波损耗 和乐队。此外,天线之间的隔离或年代₂₁-20分贝,达到-30分贝和-47分贝在吗 , ,乐队,分别,因为系统本身需要地面天线之间作为一个孤立的元素1和天线4。获得隔离值实际上有利于分布式天线系统的最优性能。因此,从模拟结果中观察到图10第三,案例是一个很好的候选人MIMO和立即被制造,在部分进一步讨论的结果6。

6。结果与讨论

第三验证情况下的模拟结果,提出了天线阵的原型是如图制作的11和测试使用罗德与施瓦茨(9 KHz-16GHz)网络分析仪。辐射性能,包括辐射模式、增益和辐射效率提出了三世,测试的消声室的大小 。

所有的参数测量条件下,测量天线1时,天线4终止了50Ω负载,反之亦然。

6.1。回波损耗

图12显示了模拟和测量S参数的比较提出了MIMO天线阵和礼物₁₁和S₂₁由于类比和S₂₂和S₁₂,分别。模拟-10 db天线的阻抗带宽和天线4 10.08% (2.26 -2.50 ghz), 6.87% (3.23 -3.46 ghz),和13.74% (5.15 -5.91 ghz),而测量值是11.86% (2.22 -2.50 ghz), 5.09%(3.25 - -3.42)和16.84% (5.00 -5.92 ghz) , , ,分别。模拟和测量隔离或年代₂₁天线1和天线之间4比-20分贝跨所有所需的三个乐队,如图12。

6.2。测量辐射模式

提出的归一化辐射模式III如图13。在这里,E-plane (copolarization)和h面(正交偏振)提出了MIMO天线阵的x - y平面显示测量谐振模式的2.42,3.37,5.5 GHz ,和 ,分别。E-plane模式在两个天线,即天线天线1和4,共振模式几乎是全方位的,而h面贡献偶极子模式形成双向辐射没有任何null。这证实了天线阵的适用性。文中应用在笔记本电脑。

6.3。模拟和测量增益和辐射效率

图14显示模拟和测量的增益和效率提出了天线阵(III)图14礼物只有天线效率1由于类比与天线4。模拟和测量的增益和效率的值如表所示2。一个小偏差模拟和测量值的增益和效率是观察到,可能是由于制造公差。

6.4。包络相关系数(ECC)

在MIMO系统中,包络相关系数(ECC)是一个非常重要的参数评估信道容量和两个天线之间的互相关性能。它可以使用以下公式计算4]: 在哪里表明共轭复数。图15显示了模拟和ECC使用S参数测量。MIMO天线显示了实现最优性能的模拟和测量ECC值小于0.004所有所需的乐队,也不使用任何额外的两个天线之间的隔离技术。

7所示。结论

三重乐队WLAN / WiMAX单极天线设计。文中应用程序成功地验证了笔记本电脑。该天线具有一个非常小的规模 ,结构简单,容易制造,运行在2.4 / 5.2/5.8 GHz WLAN和2.3 / 3.3/5.5 GHz WiMAX乐队。此外,由于射频性能、体积小、结构简单的天线,天线阵列由使用相同的天线的MIMO系统表明,它具有良好的增益和效率远高于3.65 dBi和75%,分别隔离两个天线之间比-20分贝和ECC低于0.004的三个乐队的兴趣。因此,提出了天线和天线阵形成的承诺和良好的候选人。文中应用在笔记本电脑。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的结果包括在本文中。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者要感谢支持呈现的技术教育质量改进项目(TEQIP)和TIFAC-CORE无线技术,Thiagarajar工程学院,马杜赖。