Design of a Broadband Directive Yagi Based MIMO Antenna System with Loop Exciter. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Syed_MS_Thesis_Final_Thesis.pdf Download (21MB) | Preview

Arabic Abstract

تاريخ الدرجة: شباط 2017 المطبوعة أصبحت مجال هام للبحث بسبب مزاياها الواعدة في توفير )MIMO( أنظمة متعددة-المدخلات-متعددة-المخرجات معدل بيانات مرتفع، وتخفيف تأثيرات التلاشي في المسارات المتعددة في القنوات اللاسلكية، وتوفير جودة نقل وتغطية أفضل دائرية مع محفز Quasi-Yagi مبني على 4-عناصر MIMO بسبب التنوع والكسب المضاعف. في هذا العمل، نظام هوائيات 4.71 جيجاهيرتز - 2.55 جيجاهيرتز و 3.707 - دائري تم عرضه. نظام الهوائيات واسع وثنائي النطاق هذا يغطي النطاقات 1.45 نظام الهوائيات هذا لديه نمط .GPS,GSM/EDGE, UMTS/HSDPA, Bluetooth, WiFi, WiMAX الداعمة لمعايير تساوي 13.8 ديسبل، قيمة أقل كسب مُقاسة تساوي 5.8 ديسبل، )FBR( مع نسبة الأمامي-إلى-الخلفي endfire إشعاع باتجاه واتجاهية تساوي 7 ديسبل على 2 جيجاهيرتز باستخدام عنصر موجّه. أقل كفاءة تمت قياسها ضمن النطاقين الذين تمت تغطيتهم MIMO كانت 65 %. القيمة الصغرى المقاسة لانعزالية المنافذ تساوي 18 ديسبل ضمن نطاقات هذا النظام. حجم نظام هوائيات 0.8 ميلليميتر مكعب، وهذه يجعله مناسباً لنقاط الوسول اللاسلكية وعلى تطبيقات المركبات. ×263× هو 263 مبني على شقة شبه حلقي مضغوط Yagi جديد شبيه MIMO بعد التشغيل الناجح للتصميم الأول، تم عرض نظام هوائيات لديه نطاق عرضه المقاس 320 .WiMAX بطبقة واحدة بعنصرين. منتصف تردد التشغيل هو 3.6 جيجاهيرتز تهدف تطبيقات 9.5 ميلليميتر مربع × 3.8 جيجاهيرتز. تم استخدام عنصر عاكس مضغوط وبسيط جداً حجمه 14 - ميجاهيرتز والتي تغطي 3.48 أكبر من 10 ديسبل بدون استخدام طريقة معقدة لتخفيض الإشعاع الخلفي أو طبقة عاكسة إضافية والتي بالعادة FBR لتحقيق في الهوائيات الشقية. تم تحقيق 4.3 ديسبل كسب حقيقي مقاس، و 6 ديسبل اتجاهية، و 73 % أقل كفاءة FBR تستخدم لتحقيق هذا لديه 12 ديسبل كأقل انعزالية مقاسة، و 0.0385 كأعلى MIMO إشعاعية مقاسة على كامل نطاق التشغيل. نظام هوائيات هو MIMO مقاسة، و 9.81 ديسبل كسب التنوع على كامل نطاق التشغيل. الحجم الكامل لنظام هوائيات ECC قيمة 0.8 ميلليميتر مكعب. ×40× 0.8 ميلليميتر مكعب حيث أن حجم عنصر الهوائي الواحد هو 40 ×40×80 جديد مع نسبة تصغير عالية على نطاقي تشغيل واسعين مبني على عنصرين من MIMO أخيراً، تم عرض نظام هوائيات تم تحقيق نسبة تصغير بقيمة 68 % باستخدام عنصر مغذي شبه دائري ملتوي. مركز تردد التشغيل هو 2 .Quasi-Yagi بعرض نطاق مقاس ) 6 ديسبل( يساوي 160 Telemetry L-band جيجاهيرتز. نظام الهوائيات يغطي نطاقين: نطاق بعرض نطاق يساوي 333 ميجاهيرتز يغطي GSM/LTE 1.43 جيجاهيرتز، ونطاق - ميجاهيرتز، يغطي ترددات 1.27 مقاسة عالية تقدر بحوالي 15 ديسبل على 1.35 جيجاهيرتز و 17 ديسبل FBR 2.133 جيجاهيرتز. هذا النظام لديه - ترددات 1.8 على 2 جيجاهيرتز. الكسب المقاس للعنصر الواحد يفوق 5 ديسبل مع كفاءة إشعاعية تقدر بحوالي 85 % في كلا النطاقين. المقاسة في كلا ECC المقترحة هي 15 ديسبل على الأقل مع أقل من 0.0785 لقيم MIMO الانعزالية المقاسة لهوائيات النطاقين.

English Abstract

Printed multiple-input-multiple-output (MIMO) systems have become a hot area of research due to their promising features of providing high data rate, mitigating multipath fading effects in wireless channels, providing better transmission quality, and coverage due to diversity and multiplexing gains. In this work, a 4-element circular Quasi-Yagi based MIMO antenna system with loop excitation is presented. This wide dual-band antenna system covers 1.45–2.55 GHz and 3.707–4.71 GHz bands supporting GPS, GSM/EDGE, UMTS/HSDPA, Bluetooth, Wi-Fi, and WiMAX standards. This antenna system has an end-fire directional radiation pattern with front-to-back ratio (FBR) of 13.8 dB, minimum measured gain of 5.8 dBi, and directivity of 7 dB at 2 GHz using one director element. The minimum measured efficiency across the two covered bands was 65%. It had a minimum measured port isolation of 18 dB within its bands. The size of the MIMO antenna system is 263×263×0.8 mm3 thus making it suitable for wireless access points and on vehicle applications. After successful implementation of the first design, a novel 2-element single layer compact semi-ring slot based Yagi-like MIMO antenna system is presented. The center frequency of operation is 3.6 GHz targeting WiMAX applications. It has a measured bandwidth of 320 MHz which covers from 3.48–3.8 GHz. A very simple and compact reflector element having a size of 14×9.5 mm2 is used to achieve a FBR of greater than 10 dB without using any complex back-lobe reduction technique or additional reflector layer which is usually used to get high FBR in slot antennas. A measured realized gain of 4.3 dBi, directivity of 6 dB, and a minimum measured total radiation efficiency of 73% across the entire band of operation were achieved. This MIMO antenna system has minimum measured isolation of 12 dB, maximum measured ECC of 0.0385, and diversity gain (DG) of 9.81 dB across the entire band of operation. The total board size of the MIMO antenna system is 80×40×0.8 mm3 while the single antenna element has a size of 40×40×0.8 mm3 . Finally, a highly miniaturized novel dual wide-bandwidth (BW) 2-element QuasiYagi MIMO antenna system is presented. A miniaturization of 68% is achieved using a semi-loop meandered driven element. The center frequency of operation is 2 GHz. The antenna system covers two bands: the Telemetry L-band with a minimum measured BW (-6 dB) of 160 MHz, from 1.27–1.43 GHz, and the GSM/LTE band with a BW of 333 MHz from 1.8–2.133 GHz. It has a high measured FBR of around 15 dB at 1.35 GHz and 17 dB at 2 GHz. A gain of more than 5 dBi is measured for the single element with a total radiation efficiency of around 85% in both bands. The measured isolation of the proposed MIMO antenna is at least 15 dB with less than 0.0785 measured ECC values in both bands.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Electrical
Department:	College of Engineering and Physics > Electrical Engineering
Committee Advisor:	Mohammad, S. Sharawi
Committee Members:	Husain, Masoudi and Hussein, Attia
Depositing User:	SYED JEHANGIR (g201408480)
Date Deposited:	23 May 2017 05:19
Last Modified:	31 Dec 2020 08:44
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140312