KFUPM ePrints

Design of Dielectric Resonator Antenna Arrays for High Speed Short Range MIMO Communications

l Design of Dielectric Resonator Antenna Arrays for High Speed Short Range MIMO Communications. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img]PDF
Restricted to Abstract Only until 13 June 2017.

8Mb

Arabic Abstract

تعد تكنولوجيا متعددة المدخلات ومتعددة المخرجات (MIMO) حلا حيويا لتعزيزمدى استيعاب القنوات اللاسلكية الضرورية لتكنولوجيا الجيل المقبل من الاتصالات الجيل الخامس G5. إنه من البديهي استخدام الترددات ذات الطول الموجي الميلليمتري في أجهزة G5 المستقبلية نظرا لما توفره هذه الموجات من نطاق عريض. إن تصميم النظم الهوائية متعددة المدخلات ومتعددة المخرجات (MIMO) يمثل تحديا بسبب العوامل المترابطة التي تحتاج إلى النظر عند التصميم جدير بالذكرأنه الترددات ذات الطول الموجي الميلليمتري يصبح العيب من الحجم الكبير من أنظمة الهوائي (MIMO) لا يكاد يذكر. ومن المعروف أن هوائيات عازل الرنين (DRA) توفر مكاسب عالية؛ فهي عناصرتذبذبية عالية الكفاءة بسبب عدم وجود خسائر المعدنية مما يجعلها حلا فعالا لتصميم أنظمة الهوائيات في ترددات ذات الطول الموجي الميلليمتري. في هذا العمل، وقد تم تصميم اثنين من نماذج لأنظمة الهوائي (MIMO) القائم على (DRA) و استخدام ترددات ذات الطول الموجي الميلليمتري وهي نظام (MIMO) بمنفذين و نظام بأربعة منافذ معتمدين علىDRA)). كل منفذ من النظام الهوائي (MIMO) يتكون من مجموعة خطية من 4 عناصر (DRA). كل (DRA) هو من نوع أسطواني يتردد صداه في 30 غيغاهرتز، ويوفر عرض نطاق ترددي لا يقل عن 1 جيجاهرتز.كل مجموعة خطية من (DRA) أسطواني (cDRAs) لديها شبكة تغذية مخصصة لتوفير شعاع مائل بزاوية مدروسة مما يترتب عليه أداء (MIMO) جيد من خلال القيم المنخفضة من معامل الارتباط التي تم الحصول عليها. كل مجموعة واحدة من 4-عناصر هوائية تحتل مساحة 20 × 3.2 × 3.1 مم مكعب في حين تحتل شبكة امداداتها 20 × 12 مم مربع. كما تم تصنيع النموذج ذي المنفذين للتحقق من صحة التصميم. تم العثور على بعض التناقضات بين القياس و المحاكاة من حيث استجابة معامل انعكاس واللذي من أجله أجري تحليلا دقيقا. حيث وجد بعض الأخظاء البشرية في تثبيت (DRA) في موضعها، فضلا عن الأخطاء التصنيعية لقطر (DRA) ليكونا المساهمين الرئيسيين في التناقضات. لقد حقق التصميم معامل تضخم بلغت 8 ديسيبل في كل من المحاكاة والقياس مع كفاءة إشعاع أعلى من 90٪. وهذا ما يجعل هذه التصاميم مناسبة للأجهزة المستقبلية المحمولة باليد.

English Abstract

Multiple-input-multiple-output (MIMO) technology is a vital solution for enhancing channel capacity for the upcoming 5G standard. With high benchmarks in terms of data rates, range and latency set for 5G future devices, utilizing the millimeter-wave (mm-wave) spectrum to provide the high bandwidth required is evident. Designing MIMO antenna systems is challenging due to the inter-related parameters that need to be considered in the design. However, in the mm-wave range, the disadvantage of the large size of MIMO antenna systems becomes negligible. Dielectric Resonators Antennas (DRA) are known to provide high-gain, high-efficient antenna elements due to the absence of metallic losses which makes them a viable solution to design mm-wave antenna systems. In this work, two configurations for mm-wave DRA-based MIMO antenna systems were investigated; a 2-port and a 4-port MIMO systems with DRA based elements. Each port of the MIMO antenna system consists of a linear array of 4 DRA elements. Each DRA is a cylindrical type one that resonates at 30 GHz and provides a bandwidth of at least 1 GHz. The linear array of the cylindrical DRAs (cDRAs) has a dedicated feed network with tuned progressive phases to provide beam tilting and yields a good MIMO performance via the low values of correlation coefficient obtained. A Single 4-element array occupies 20 x 3.2 x 3.1 mm3 while its feed network occupies 20 x 12 mm2. The 2-port configuration was fabricated to validate the design. Some discrepancies were found between measurement and simulation reflection coefficient response for which a thorough analysis was conducted. DRA misplacement due to human as well as DRA diameter errors due to manufacturing were found to be the major contributors. Clear tilts towards the desired direction for each array were observed. A gain of 8 dBi was achieved in both simulations and measurement with radiation efficiency higher than 90%. This makes such designs suitable for handheld portable devices.



Item Type:Thesis (Masters)
Subjects:Engineering
Electrical
Divisions:College Of Engineering Sciences > Electrical Engineering Dept
Committee Advisor:Sharawi, Mohammad
Committee Members:Masoudi, Husain and Essam, Hassan
ID Code:140030
Deposited By:MOHAMED TAMAM HUSSEIN (g200792190)
Deposited On:20 Sep 2016 14:47
Last Modified:20 Sep 2016 14:47

Repository Staff Only: item control page