طراحی،شبیه سازی وساخت آنتنMIMOباپوشش چندبانفرکانسی:تعریفی برای انواع استانداردهای ارتباطی

محورهای موضوعی : مهندسی برق ( الکترونیک، مخابرات، قدرت، کنترل)

محمدحسین منتظری فر ^{1 *}

1 - استادحق التدریس بشناسه تدریس

تاریخ دریافت : 1403/09/01 تاریخ پذیرش : 1403/10/04 تاریخ انتشار : 1403/11/11

کلید واژه: شبیه سازی, انتنMIMO, چندباندفرکانسی,

چکیده مقاله :

هدف پژوهش حاضرطراحی،شبیه سازیوساخت آنتنMIMOباپوشش چندباندفرکانسی:تعریفی برای انواع استانداردهای ارتباطی است.دراین رساله یک آنتنMIMO2×1باپهنای باندبسیارگسترد,ه(SUPER-UWB MIMO  anttenna)درابعاد۸۴×۴۲میلی مترمربع باپهنای باند۱۷/۲-۸۵/۲۴GHZپیشنهادشده است.باتوجه به باندهای فرکانسی ایجادشده آنتن طراحی شده قابلیت استفاده درسایت قابل حمل برای انواع ارتباطات بیسیم ازقبیل IEEE802.11a/b/g/nوLTEوWIFIوBLUETOOTHوباندX,KUو.....رادارامی باشد.این آنتن ازدوآنتن مونوپل دایره ای شکل می باشد.که شماها وبرشهایی برروی آن ایجادشده است وهرکدام ازاین آنتن هابه روش تغذیه هم محور50(CPW)اهمی تغذیه می شوند.برای افزایش ایزولاسیون (تزویج متقابل)مناسب این درآلمان ضمن اینکه تغذیه آنتن به صورت عمود نسبت به یکدیگرجانمایی شده اند،ازیک نوارمستطیلی شکل  به عنوان المان پارازتیکی استفاده شده است .طرح پیشنهادی  بعدازشبیه سازی به صورت نمونه اولیه ساخته شده کاراکترهای آن اندازه گیری شده است .نتایج اندازه گیری شده نشان می دهدکه آنتن MIMOپیشنهادی دارای پهنای باندامپدانسی۲/۱۷تا۲۴/۸۵گیگاهرتزباایزولاسیون ۶/۲۱dbوضریب همبستگی کمتراز۰/۰۰۵می باشد.بلللل بلللبللل هاهاهاهاهاهاخاعفلالبلتاتاندکودبلدکنی لاتالبی تنمنالت یبلتنمیاابللل بلللل یبببب لااا ننتتتتوووددرربل بببب ااااا ببیییی ییسساحج اتتالبب ییباتن سیللتمن وتابیسس اتاتاال سسیلاتحح تتتلسسفهخجج وتاییحت هلویی تادبییفعع یبلتجچ تالییب سیباتنم ختتتااا لاهخخخههه هخههههههههه هخهههخ دداابب ییلات بلااااا اااالاال البیان تنایسس رلتحح حتیقثثثثثث هخ۷ههفف ییییسستاه ببببیی ییبلتتتحنتت تابسسسفهخخ نتلیسسهحجن تتلیسسعج هحجتیسلت بیاجتیسسحح بچسیبهخه نایسبخج بلببب تتاتت ننتت تتتتتخ اللللههه اتصال اااااههه ننتححخح لللهخخخخت توتتالل نننتتت سششسش ییبلللبف 

چکیده انگلیسی:

The current research aims to design, simulate ,and build aMIMO antenna with multi-frequency coverage :a definition for various commuication standards.In this  treatise ,a2×1 dimensions of 84×42mm square with a bandwidth of 2/17-24/85 GHz is proposed.according to the created frequency bands,dmthe designed antenna can be used  in portable devices for all types of wireless communications ,such  as IEEE 802.11 a/b/g/n,LTE,WiFi,BLUEtooth ,and band  It has X,Ku,and...This antenna consists of two circular monopole antennas is fed by a 50-ohmcoaxial feeding method (CPW).A rectangular strip has been used  as a parasitic element to increase the proper  isolation (mutual coupling) of these two elements,while the antenna feed is positioned prependicularly to each other.After simulation,the proposed design was made as a prototype and it's parameters were measured.The measured results show  that the  proposed MIMO antenna has an impedance bandwidth of 2/17to24/85GHzwith an isolation of21/6dB,a maximum gain of 6/9dB,and a correlation coefficient of less than gghhjj sssanb hhhhhdd jjjjjddd dhjjjs iioiiiii eeeewe aghjkkkk ggggd asasse ghhhg cvbvxd hjjjjhdsses sdfghjj kkjhgg jjjjj hhhh vv bbjg bjjiih ggghjjgff dffggg dffgy bbjjk dghj fjjjhyg yuiiii dghjkk dhhhj ssdgj fgghjk fgfffgggfg tttvgggggyvhjjvvvssssvvvvvjkkkhffccccjjnnbbdd dddddd cxxvhh aasdghh nbvxssd uuuhjuu jkjhfdsss ddssdrtho hhjkkssdgjjj bbhhgfdfg dfghkkghhj nhgdsdf sghhjkj hhh fgggg fffggg ghjjjjjj hjhjjj ssdffyj vbvdrrr dffg zzchkoydvj fffuuuhhhh fdffhdss hhgdsdhh dssghhh jjgdddd sssdd xxgggh dffggg hjjhhg dffgygg dfffghjjhhhhgggg gggggggf gggggggg fgfffgg iiiiiiu fffffg sssdftfttt jjjjhhhg. Yggfft hhhhyjkfdsd fdsff guytre asdfgg hjjj0.005.

منابع و مأخذ:

1.chiani M,Giorgetti A.coexitence betweenUWB and narrow-band wireless communications stems.proceedings of the IEEE.2009;97(2):231-54
2.Ray KP .Design aspects of printed monopole antennas for ultera-wide band applications .International Journal of anteas and propagation.2007;2008..
3.NEkoogar. F. Utra-Wideband commiunications:Fundamentals and Applications:Prentice Hall press ;2011.
4.De FLAViis F ,Jofre L,Rome J,Grau A.Multi antenna systems for MIMO communications :springerNather,2022.
5.Vaghan RG,AnderseJB.Antenna diversity in mobile communications.IEEEE Transactions on vehicular technology.1987;36(4);149-72

.Hassan MM,RASOOL M,ASGMM AS sgharMU ,Zahir Z ,khan AA,Rashid I,etc al.A novel UWB MIMO antenna array with band notch characteristics using parasitic decoupler.Journal ofEectromagnetic waves and applications.2020;34(9):1225-38
7.Gai Y,chng G ,RenX,Wu J,Ren H,Song K,etc al.Highly Isolated Two-Elements ultra- wide band MIMO Feractal Antenna with Multi Band-Notched Characteristics.progress in Electromagnetics Research C.2021;116.
8.Abbas A,Hussain N ,Isolation and gain improvement of a rectangular notch UWB-MIMO antenna sensors.2022;22(4):1460.
9.Liu L,Chemung S ,Yuk T.cmpact MIMO antenna for portable UWB applications with band-notched characteristic.IEEE Transactions on antennas and propagation.2015;63(5):1917-24
10Naeem U,Iqbal A,Shafique MF,Bila S.Efficient design methodology for a complex DRA-SIW filter-antenna. Subsystem Internatonal Journal of Antennas and propagation.2017;2017(1):6401810
11.Yang H,Xi X,Zahir Y,Tan Y,Yuan Y, Wang L.co.pact slot antenna with enhanced band-edge selectivity and switchable band -notched functions for UWB application .2019;13(7):982-90.
12.Li H,LiuJ,Wang Z,Yin Y-Z.compact1×2and2×2MIMO antennas withenhanced Isolation for ulterawideband application progress In Electromagnetics Research C.2017;7.9-1:41
13.Ren J,Hussain W,Yin Y,Fam R.compact printed MIMO antenna FOR UWB applications.IEEE antenna for and wireless propagation letters.2014:;13:1517-20.
14.Liu L,Chemung S,Yuk T.compact MIMO antenna for portable devices in UWB applications.IEEE Transactions on antennas and propagation.2013;61(8):4357-64.
15.Tripathi S,Mohan A,Yadav S.A compact Koch fractal UWN MIMO antenna with WLAN band-rejection.IEEE Antennas and wireless propagation letters.2015;14:1565-8.

متن کامل:



مجله مهندسی برق و سیستم های هوشمند                                       سال اول، شماره 3، پاییز 1403

 

 

طراحی، شبیه‌سازی و ساخت آنتن MIMO با پوشش چندباند فرکانسی: تعریفی برای انواع استانداردهای ارتباطی

 

محمدحسین منتظری فر1،*، جاسم جمالی2، زهرا عادل­پور3 

 

 

چکیده
هدف پژوهش حاضر طراحی، شبیه‌سازی و ساخت آنتن MIMO با پوشش چندباند فرکانسی: تعریفی برای انواع استانداردهای ارتباطی است. در این رساله یک آنتن 1×2 MIMO با پهنای باند بسیار گسترده ( Super‐UWB MIMO antenna) در ابعاد 84×42 میلی‌متر مربع با پهنای باند GHz 85/24 – 17/2 ، پیشنهاد شده است. با توجه به باندهای فرکانسی ایجاد شده آنتن طراحی شده قابلیت استفاده در وسایل قابل حمل برای انواع ارتباطات بی‌سیم از قبیل IEEE 802.11 a/b/g/n و LTE و WiFi و Bluetooth و باند X، Ku و .... را دارا می‌باشد. این آنتن از دو آنتن مونوپل دایره‌ای شکل می‌باشد که شکاف‌ها و برش‌هایی بر روی آن ایجاد شده است و هر کدام از این آنتن‌ها به روش تغذیه هم محور (CPW) 50 اهمی تغذیه می‌شوند. برای افزایش ایزولاسیون ( تزویج متقابل) مناسب این دو المان ضمن اینکه تغذیه آنتن به صورت عمود نسبت به یکدیگر جانمایی شده‌اند، از یک نوار مستطیلی شکل به عنوان المان پارازتیکی استفاده شده است. طرح پیشنهادی بعد از شبیه‌سازی به صورت نمونه‌ی اولیه ساخته شده و پارامترهای آن اندازه‌گیری شده است. نتایج اندازه‌گیری شده نشان می‌دهد که آنتن MIMO پیشنهادی دارای پهنای باند امپدانسی 17/2 تا 85/24 گیگاهرتز با ایزولاسیون dB 6/21 و ماکزیمم بهره‌ی dB 9/6 و ضریب همبستگی کمتر از 005/0 می‌باشد.
کلمات کلیدی: شبیه­سازی، آنتن MIMO، چندباند فرکانسی	دريافت مقاله: 1403/09/01 پذيرش مقاله: 1403/10/04

 

 

1-مقدمه¹

امروزه نقش آنتن‌ها در عملکرد سیستم‌های مخابراتی بسیار مهم می­باشد و نقش بسیار اساسی در بخش ابتدایی و انتهایی سیستم‌های مخابراتی و ارتباطی دارند. در صورت استفاده از آنتن‌هایی با شرایط ناهم‌خوان و نامناسب با سیستم ارتباطی، روند کار سیستم ارتباطی با مشکل مواجه می‌گردد. در این بین، آنتن‌های مایکرواستریپی به دلیل ساختار ساده، هزینه ساخت پایین، قابلیت یکپارچه‌سازی آسان با مدارهای مجتمع و ابعاد کوچک، به عنوان انتخابی ایده‌آل در طیف گسترده‌ای از سیستم‌های ارتباطی از جمله ماهواره‌ای، موبایل و دستگاه‌های قابل حمل شناخته می‌شوند (1) (2).

البته با توجه به پژوهش‌ها و پیشرفت‌هایی که در سالیان گذشته بر روی ارتباطات و فناوری UWB صورت گرفته است ولی باز هم مشکلاتی در این ارتباطات وجود دارد که باعث شده است امروزه نیز تحقیقات و مطالعات در خصوص تکنولوژی UWB همچنان وجود داشته باشد (3).

نکته‌ی مهم و مورد بحث در استفاده از سیستم‌های UWB نحوه طراحی آنتن‌های UWB می‌باشد؛ چرا که عملکرد کل سیستم UWB را تحت تأثیر قرار می‌دهد. مطالعات صورت گرفته در این رساله نیز با هدف طراحی آنتنی با قابلیت استفاده در سیستم‌های UWB می‌باشد. استاندارد‌های FCC پهنای باند امپدانسی 5/7 گیگاهرتزی (1/3 تا 6/10 گیگاهرتز) را برای سیستم‌های UWB تعریف می‌کند. با توجه به این پهنای باند وسیع سیستم‌های UWB طراحی آنتنی که بتواند در طول این باند فرکانسی 5/7 گیگاهرتزی ویژگی‌های خود را حفظ نماید، یکی از مشکلات اساسی در طراحی آنتن‌های UWB می‌باشد، علاوه بر این باید دارای ابعاد کم و مناسبی باشد تا به راحتی در سیستم‌های ارتباطی قابل حمل مورد استفاده قرار گیرد و به راحتی با مدارات این سیستم‌های قابلیت ادغام را نیز داشته باشد. پترن تشعشعی آنتن طراحی شده نیز با توجه به محل قرارگیری سیستم‌های گیرنده و فرستنده نیز بسیار مهم می‌باشد؛ چرا که آنتن طراحی شده باید دارای پترن تشعشعی همه‌ جهته باشد تا نسبت به محل قرارگیری و ارتباط سامانه‌های مخابراتی و ارتباطی با یکدیگر آزادی عمل داشته باشیم.

در سیستم‌های UWB سیگنال‌های ارسالی و دریافتی به صورت یک سری پالس باریک شکل با دوره‌هایی کمتر از 1 نانو ثانیه هستند، با توجه به ماهیت این سیگنال‌ها اعواج باعث خراب شدن ماهیت سیگنال می‌گردد از این رو طراحی آنتنی که بتواند سیگنال‌های UWB را با کمترین اعوجاج ممکن دریافت نماید، یکی از موارد مهم در طراحی آنتن‌های UWB می‌باشد.

یکی دیگر از مهم­ترین چالش‌ها و موارد موجود در مسیر طراحی سیستم‌های UWB وجود دارد، استفاده از این تکنولوژی در کنار سایر استانداردهای تعریفی سیستم‌های بی‌سیم باند باریک از قبیل IEEE802.16 ، IEEE802.11a/b/g/n، باند فرکانسی C، باند فرکنسی X و... می‌باشد. این طراحی باید به نوعی باشد که این باند‌های باریک فرکانسی با پهنای باند فرکانسی آنتن‌های UWB تداخل نداشته باشند.

با توجه به اینکه در اکثر سیستم‌ها و دستگاه‌های قابل حمل از سیستم‌های UWB برای برقراری ارتباط استفاده می‌شود، از این رو آنتن‌های طراحی شده برای این سیستم‌ها باید دارای ابعاد کوچک باشد. پس یکی از مهمترین پارامترهای طراحی آنتن برای سیستم‌های UWB اندازه و ابعاد آنتن می‌باشد چرا که علاوه بر ابعاد سیستم‌های استفاده کننده از این آنتن، بر روی پهنای باند امپدانسی و بهره‌ی آنتن نیز تأثیرگذار می‌باشد. با توجه به موارد گفته شده طراحی یک آنتن با ابعاد کم که بتواند پهنای باند وسیع UWB را پوشش دهد و دارای بهره‌ای قابل قبول و همچنین دارای پترن تشعشعی همه جهتی باشد کاری بسیار سخت می‌باشد. در این بین آنتن تک قطبی مایکرواستریپ با توجه به اینکه دارای ساختاری ساده با ابعاد کم و هزینه ساخت کم می‌باشد گزینه‌ی خوبی برای استفاده در سیستم‌های UWB می‌باشد. با توجه به پیدایش سرویس‌ها چندرسانه‌ای و بالا رفتن کیفیت داده‌ها، در سیستم‌های ارتباطی بیسیم نیاز به افزایش سرعت و ظرفیت کانال بیش از پیش می‌باشد که برای این منظور روش‌های مختلفی وجود دارد، اما امروزه بهترین روش پیشنهادی برای بالا بردن سرعت انتقال داده‌ها استفاده از چند آنتن کنار هم در سیستم‌های ارتباطی می‌باشد که با استفاده از این روش می‌توان سرعت انتقال داده‌ها را بدون استفاده از باند فرکانسی اضافی و یا افزایش توان سیستم در محیط‌های دارای پراکندگی، افزایش داد. استفاده از تکنولوژی MIMO در سیستم‌های ارتباطی بیسیم بسیار مورد توجه می‌باشد، چرا که با استفاده از این فناوری بدون استفاده از توان اضافی که در سیستم‌های ارتباطی قابل حمل محدود می‌باشد و همچنین بدون نیاز به پهنای باند اضافی، ظرفیت و نرخ کانال افزایش می‌یابد.

در سیستم‌های مخابراتی پایه‌ کار بر اساس انتقال سیگنال و امواج الکترومغناطیس می‌باشد. روش ارتباطی در غالب سیستم‌های ارتباطی و مخابراتی قدیمی بر پایه‌ سیستم‌هایی با یک ورودی و یک خروجی (SISO) بود که در این روش، اساس انتشار امواج به شکل دید خط مستقیم (LOS) می‌باشد. ولی امروزه با پیشرفت ساختارهای شهری و به وجود آمدن ساختمان‌هایی بلند مرتبه امکان دید مستقیم بین آنتن‌های سیستم‌های فرستنده و گیرنده وجود ندارد، از سوی دیگر سیگنال‌های ارسالی توسط فرستنده قبل از رسیدن به آنتن گیرنده، با توجه به وجود آمدن موانع زیاد در مسیر انتشار امواج و ساختمان‌های بلندمرتبه، تضیف می‌شوند و باعث می‌شود سیگنال‌های دریافتی در گیرنده دچار محو شودگی و چند مسیره می‌شوند. امواج ارسالی بوسیله‌ی آنتن فرستنده‌ها در مسیر انتشار در اثر هر برخورد به هر یک از موانع موجود در مسیر باعث تضغیف سیگنال اصلی و همچنین اعوجاج، به وجود امدن شیفت فاز امواج اصلی و تأخیر زمانی می‌شود. وجود موانع در مسیر امواج اصلی باعث پراکنده شدن امواج اصلی و در نتیجه باعث به وجود آمدن مسیرهای گوناگونی از امواج می‌شود که از سمت آنتن گیرنده دریافت می‌گردد، به هر یک از این مسیرهای به وجود آمده مسیرهای انتشار² امواج گفته می‌شود. به این پدیده که امواج ارسالی از فرستنده از مسیرهای گوناگون و مختلفی به آنتن گیرنده می‌رسد، انتشار امواج چند مسیره³ گفته می‌شود. پدیده‌ی انتشار امواج چند مسیره بر روی عملکرد سیستم‌های مخابراتی و ارتباطی تأثیر بسیار منفی دارد و باعث اختلال دریافت امواج می‌شود، چرا که دریافت سیگنال‌ اصلی بوسیله‌ی آنتن سیستم گیرنده از چندین مسیر مختلف، باعث بوجود آمدن تداخل و اختلال در دریافت سیگنال اصلی می‌گردد.

محققان و پژوهشگران به منظور رفع مشکل انتشار امواج به صورت چند مسیره و رفع مشکل تداخل در دریافت امواج روش‌ها و موارد گوناگونی پیشنهاد کرده‌اند که از جمله این موارد می‌توان به استفاده از آنتن‌هایی با پترن تشعشعی جهتدار و یکطرفه به جای آنتن‌هایی با پترن تشعشعی همه جهته و یا در روشی دیگر استفاده از تکنیک و روش چند گانگی زمانی، اشاره کرد. ولی با توجه به گسترش سیستم‌های ارتباطی و مخابراتی، سیستم‌های گیرنده به صورت پراکنده پخش شده‌اند، بنابراین با توجه به اینکه آنتن سیستم فرستنده از محل جانمایی آنتن سیستم‌های گیرنده مطلع نیست و آنتن سیستم‌های گیرنده در یک فضای بزرگ و مختلف پخش شده‌اند، باید آنتن سیستم‌های ارتباطی و مخابراتی دارای پترن تشعشعی همه جهته باشند (4).

در سیستم‌هایی که از چند آنتن در فرستنده و گیرنده استفاده شده است برعکس سیستم‌هایی که در آنها از یک آنتن استفاده می‌شود، در صورتیکه از الگوریتم‌ها و روش‌های پردازشی مناسبی استفاده گردد، از پدیده‌ی چند مسیره‌گی می‌توان در جهت بهبود عملکرد سیستم‌ استفاده کرد، به عبارت دیگر در سیستم‌های چند ورودی-چند خروجی (MIMO) به شرطی که از روش و الگوریتم درستی استفاده گردد می‌توان گفت پدیده‌ی چند مسیرگی باعث بهبود عملکرد کلی سیستم می‌گردد.

مانند سایر سیستم‌های مخابراتی دیگر یکی از بخش‌های مهم در سیستم‌های MIMO  نیز بخش طراحی آنتن آن می‌باشد، از این رو انتخاب بهترین آنتن برای استفاده از این سیستم‌ها بسیار مهم می‌باشد. آنتن‌های چاپی و مایکرواستریپ با توجه به ویژگی‌ها و امتیازاتی از قبیل پترن تشعشعی همه‌جهتی که دارند به منظور استفاده در سیستم‌های MIMO می‌تواند انتخاب مناسبی باشد، چراکه با استفاده از پترن تشعشعی همه‌جهتی آنتن‌های چاپی می‌توان ظرفیت کانال و نرخ داده شبکه را افزایش داد (5) .با ادغام دو تکنولوژی UWB و MIMO می‌توان سیستم‌هایی طراحی کرد که ظرفیت کانال و نرخ داده‌ی شبکه‌ی آن نسبت به فناری MIMO معمولی که در سیستم‌های با پهنای باند باریک، بیشتر می‌باشد، از طرف دیگر نیز مشکلات موجود در سیستم‌های ارتباطی UWB از قبیل محو شوندگی را می‌توان با ادغام دو فناوری UWB و MIMO بهبود داد.

در طراحی آنتن‌های MIMO چالش‌هایی وجود دارد که باعث تأثیر بر عملکرد سیستم‌های MIMO می‌گردد، یکی از چالش‌های مهم تزویج متقابل و ضریب همبستگی بین المان‌های تکی استفاده شده در طراحی آنتن MIMO می‌باشد. با توجه به تأثیر آنتن برعملکرد سیستم‌های MIMO در بالا بردن ظرفیت کانال و نرخ داده شبکه و چالش‌های موجود در مسیر طراحی این آنتن‌ها، باعث توجه پژوهشگران در خصوص تحقیق و طراحی آنتن‌های MIMO برای کاربردهای UWB گردید. بر اساس مطالب فوق، می­توان گفت که هدف اصلی در این مطالعه طراحی یک آنتن چند ورودی-چند خروجی MIMO با ویژگی‌های مناسب برای کاربردهای UWB می‌باشد.

 

ابزارها و مدل طراحی شده

آنتن MIMO با پهنای باند گسترده با استفاده از المان‌های پارازتیکی

در این طرح ارائه شده که در سال 2019 مورد بررسی قرار گرفته است، یک آنتن MIMO با چهار المان به منظور بهره‌گیری در سیستم‌های UWB پیشنهاد شده است، در این طرح پهنای باند آنتن دارای یک فرکانس قطع در فرکانس GHz 5/5 برای WLAN می‌باشد (6). در بررسی آنتن تک المانه‌ی این طرح با استفاده از ساختار اصلاحی که بر روی صفحه‌ی زمین ایجاد شده است، پهنای باند امپدانسی وسیعی بدست می‌آید. در این طرح برای ایجاد یک باند قطع در فرکانس 5/5 گیگاهرتزی از شکافی U شکل بر روی پچ تشعشعی استفاده شده است. در طرح ارائه شده برای آنتن MIMO المان‌ها به صورت عمود نسبت به یکدیگر جانمایی شده‌اند و از یک ساختار به شکل فن با استفاده از 4 نوار خطی به عنوان ساختار پارازتیکی استفاده شده است. اندازه کلی آنتن MIMO برابر mm2 67×67 می‌باشد که از بستر FR-4 با ضخامت mm 6/1 برای زیرلایه‌ی این طرحاحی استفاده شده است.

استفاده از ساختار فراکتالی برای طراحی آنتن MIMO چند بانده

در این مطالعه از ساختارهای فراکتالی Minkowski برای طراحی آنتن تشعشعی استفاده شده است. آنتن MIMO طراحی شده در این پژوهش دارای دو المان می‌باشد که ضمن دارا بودن ایزولاسیون مناسب در بین المان‌ها دارای بهره‌ی و پهنای باند گسترده‌ای نیز می‌باشد. این مطالعه که در سال 2021 ارائه شده است دارای خط تغذیه مایکرواستریپی می‌باشد و المان‌های آنتن MIMO به صورت متعامد نسبت به یکدیگر جانمایی شده‌اند (7).

استفاده از المان‌های پارازتیکی برای بهبود عملکردی آنتن MIMO

در این تحقیق یک آنتن MIMO با پهنای باند امپدانسی گسترده ارائه شده است که به منظور کاهش تزویج متقابل و ایجاد ایزولاسیون مناسب از المان پارازتیکی در طراحی ساختار استفاده شده است (8). این مطالعه که در سال 2022 صورت گرفته از المان پارازتیکی علاوه بر کاهش تزویج متقابل بین المان‌های آنتن، به منظور بهبود عملکردی آنتن و افزایش بهره‌ی آنتن استفاده شده است. آنتن MIMO پیشنهادی دارای 4 المان آنتن پچ می‌باشند که با استفاده از روش CPW تغذیه شده است. در طراحی صورت گرفته در قسمت پشت آنتن از دو ساختار به صورت نواری شکل استفاده شده است و با استفاده از ساختار‌های Via به پچ‌های تشعشعی متصل شده‌اند، از این ساختارهای نواری به عنوان فیلتر استفاده شده است.

طراحی آنتن MIMO با پهنای باندگسترده با پارامترهای باند فرکانسی باند باریک

این پژوهش یک آنتن MIMO با دو المان می‌باشد که شامل دو آنتن مونوپل به صورت مربعی شکل می‌باشد که از یک ساختار T شکل در ساختار صفحه‌ی زمین استفاده شده است (9). در این طرح به منظور ایجاد ایزولاسیون بهتر بین المان‌ها از ایجاد شکاف بر روی صفحه‌ی زمین استفاده می‌گردد. در طرح ارائه شده به منظور ایجاد باند‌های شکاف در پهنای باند از دو خط نواری متصل به صفحه‌ی زمین استفاده شده است. پهنای باند کلی در این طرح از فرکانس 1/3 گیگاهرتز شروع شده و بیشتر از 11 گیگاهرتز می‌باشد. در این طرح برای مقابله با ایجاد تداخل در باند فرکانسی WLAN یک شکاف باند فرکانسی در باند 85/5 – 15/5 گیگاهرتز به وجود آمده است. در شکل زیر، نمای کلی و پهنای باند آنتن ارائه شده در این طرح نشان داده شده است، ابعاد آنتن ارائه شده برابر 36×22 میلی‌متر مربع می‌باشد که دارای ساختار فشرده‌ای با ابعاد مناسب و کوچک می‌باشد. در آنتن ارائه شده به منظور تطبیق امپدانسی مناسب بین پورت ورودیه آنتن و المان‌های تشعشعی آنتن، شبکه‌ی تغذیه به صورت پله‌ای و مورب ایجاد شده است.

در این پژوهش ایزولاسیون مناسبی بین المان‌های آنتن وجود دارد بطوریکه پارامتر ECC آنتن ارائه شده دارای مقدار مناسبی بوده و کمتر از 05/0 می­باشد و تزویج متقابل بین المان‌ها کمتر از dB 15 می‌باشد.

 

 

 

شکل 1. نمای کلی طرح ارائه شده

 

آنتن MIMO با پهنای باند بسیار گسترده و ایزولاسیون خیلی بالا

این آنتن MIMO که از 2 المان تشعشعی تشکیل شده است که دارای پهنای باند بسیار گسترده با ایزولاسیون بسیار مناسب است (10). همانطور که در شکل زیر مشخص می‌باشد، بخش تشعشعی آنتن شامل یک پچ دایره‌ای شکل می‌باشد که با استفاده از یک خط تغذیه‌ی مایکرواسریپ به شکل مخروطی و یک ساختار زمین اصلاح شده و دارای شیار تغذیه می‌گردد. برای بالا بردن ایزولاسیون بین المان‌ها در این آنتن از یک ساختار T شکل در وسط بین المان‌ها و دو خط نواری کوچک در مرکز صفحه‌ی زمین استفاده شده است. ابعاد کلی آنتن برابر 30×26 میلی‌متر مربع می‌باشد که دارای ابعاد کوچک و مناسبی برای استفاده در سیستم های ارتباطی قابل حمل می‌باشد. زیرلایه‌ی استفاده شده در این طرح از نوع Rogers/Duroid 5880 با ضخامت 57/1 میلی‌متر می‌باشد.

 

 

شکل 2. نمای کلی و روند طراحی آنتن ارائه شده در (10)

با توجه به شکل زیر، نمودار مربوط به پهنای باند امپدانسی این آنتن می‌باشد که دارای پهنای باند امپدانسی GHz 3-45 می‌باشد. ایزولاسیون ایجاد شده بین المان‌های آنتن برابر dB 21 و ماکزیمم بهره‌ی آن dB 1/10 ، همچنین ضریب همبستگی طرح نیز 0.02 بدست آمده است.

 

شکل 3. نمودار توان بازگشتی پورت‌های آنتن ارئه شده در (10)

 

آنتن MIMO فراپهن باند با خط تغذیه 50 اهمی و زمین اصلاح شده

در این مقاله تحقیقاتی شامل یک آنتن MIMO 2 المانه در دو مدل مختلف با پهنای باند گسترده می‌باشد که با استفاده از یک پچ به شکل نیم‌دایره با استفاده از خط تغذیه مایکرواستریپ 50 اهمی که به صورت پله‌ای می‌باشد در سال 2019 ارائه شده است (11). طرح ارائه شده دارای پهنای باند گسترده ( GHz 6/10 – 1/3 ) و همچنین باند بریده در WLAN ( GHz 85/5 – 15/5 ) می‌باشد. با توجه به روند طراحی آنتن ایزولاسیون مناسبی بین المان‌های آنتن ایجاد شده است. پهنای باند گسترده در این طرح با استفاده از خط تغذیه‌ای پله‌ای شکل و همچنین ایجاد شیار بر روی صفحه‌ی زمین و ایجاد شکاف مستطیلی شکل در زیر خطوط تغذیه هر یک از پچ‌ها ایجاد شده است.

آنتن MIMO حلقه‌ای بیضوی شکل برای استفاده در ارتباطات تلفنی 5G

در این مطالعه یک طرح جدید از یک آنتن حلقه‌ای بیضوی شکل برای استفاده در آنتن‌های MIMO پیشنهاد شده است که در فرکانس 60 گیگاهرتز برای استفاده در سیستم­های ارتباطی 5G پیشنهاد شده است (12). همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، در این مقاله دو طرح برای آنتن MIMO پیشنهاد شده است. در اولین طراحی دو المان تشعشعی نسبت به هم به صورت متعامد جانمایی شده است و در طرح دوم ارائه شده 4 المان که نسبت به هم بهصورت متعامد و در روبروی هم جانمایی شده‌اند. زیرلایه‌ی استفاده شده در این طراحی از نوع Rogers 4003C با ضخامت 203/0 میلی‌متر می‌باشد. ابعاد آنتن چهار المانه برابر 30×30 و برای حالت دو المانه برابر 30×15 میلی‌متر مربع می­باشد.

 

شکل 4. شکل کلی طرح‌های ارائه شده در (12)

فرکانس عملیاتی برای این طراحی برابر 60 گیگاهرتز می‌باشد که برای استفاده در ارتباطات باند فوق عریض 5G پیشنهاد شده است. در حالت چهار المانه برای ایجاد ایزولاسیون بیشتر بین المان‌های آنتن علاوه بر جانمایی متعامد المان‌های تشعشعی از ساختارهای پارازتیکی نیز در طراحی آنتن استفاده شده است. مقدار توان بازگشتی در طرح‌های ارائه شده برابر dB 26- و 28- می‌باشد. بهره به دست آمده در این طرح بین dB 9/10 تا 6/9 می‌باشد. پترن تشعشعی آنتن نیز همه جهته می‌باشد. با توجه به نمودارهای ECC و DG ارائه شده برای این طراحی نیز توانسته مقادیر مناسب و مورد نیاز برای سیستم‌های MIMO را بدست آورد.

طراحی آنتن MIMO برای استفاده در کاربردهای سیستم‌های با پهنای باند گسترده

در آنتن MIMO ارائه شده در این پژوهش با توجه به پهنای باند بدست آمده برای استفاده در کاربردهای سیستم‌هایی با پهنای باند گسترده پیشنهاد شده است (13). در این طرح از شکاف‌های باز L شکل در بخش تشعشعی آنتن و همچنین یک شکاف باریک نواری شکل در صفحه‌ی زمین استفاده شده است. زیرلایه‌ی مورد استفاده در این طرح از نوع ارزان قیمت FR-4 با ضخامت 8/0 میلی‌متر می‌باشد. در طرح ارائه شده برای ایجاد ایزولاسیون بیشتر بین المان‌های آنتن، آنها را به صورت متعامد نسبت به یکدیگر قرار داده شده است. علاوه بر متعامد قرار دادن المان‌ها از یک شکاف نواری شکل در صفحه‌ی زمین به صورت مورب نیز برای افزایش ایزولاسیون بین المان‌ها استفاده شده است.

 

 

طراحی آنتن MIMO فشرده برای کاربردهای سیستم‌های UWB قابل حمل

در این مقاله یک آنتن MIMO به صورت فشرده با ابعاد کم 26×40 میلی‌متر مربع به منظور استفاده در سیستم‌های ارتباطی قابل حمل با پهنای باند گسترده طراحی شده است (14). در این طراحی برای کاهش تزویج متقابل بین المان‌های آنتن از روش جانمایی متعامد المان‌ها استفاده شده است.

در این مقاله از دو آنتن تک قطبی مایکرواستریپ با پچ مربعی شکل استفاده شده است که با استفاده روش تغذیه‌ای میکرو نواری در طرف دیگر زیرلایه استفاده شده است. زیرلایه‌ی استفاده شده در این شبیه‌سازی از نوع Rogers RO4350 با ضخامت 8/0 میلی‌متر با ضریب گذردهی 5/3 می‌باشد. در طرح ارائه شده به منظور افزایش ایزولاسیون بین المان‌های آنتن از دو خط نواری شکل یکی به صورت شاخه‌های L و I شکل متصل به صفحه‌ی زمین استفاده شده است همچنین با استفاده از یک نوار فلزی کوچک دو صفحه‌ی زمین به یکدیگر متصل شده است. در شکل 5 نمای کلی آنتن ارائه شده در این طرح نشان داده شده است.

 

 

شکل 5. نمای کلی آنتن ارائه شده

آنتن MIMO فشرده برای فناوری‌های WiMAX، 5G، WLAN با پلاریزاسیون دوگانه و المان‌های مختلف

در این آنتن MIMO از دو المان تشعشعی با شکل‌های مختلف و روش‌های تغذیه‌ای مختلف استفاده شده است. همانطور که در شکل 6 قابل مشاهده است، استفاده از دو المان تشعشعی مختلف موجب ایجاد پلاریزاسیون دوگانه در این طرح شده است (15). المان اول این آنتن شامل یک پچ تشعشعی T شکل می‌باشد که با استفاده از خط تغذیه‌ای مایکرواستریپ تغذیه می‌گردد و المان دوم نیز شامل یک پچ مربعی شکل می‌باشد که که به وسیله‌ القاء مغناطیسی تغذیه شده است. از این پیکربندی آنتن یعنی قرار دادن المان‌های تشعشعی در دو طرف مختلف زیرلایه برای ایجاد ایزولاسیون بهتر بین المان‌ها استفاده شده است.

 

شکل 6. آنتن MIMO

 

یافته ها

در این مقاله دو آنتن 1×2 MIMO و 2×2 MIMO با پهنای باند بسیار گسترده ( Super‐UWB MIMO antenna) با پهنای باند بسیار گسترده ،پیشنهاد شده است. آنتن‌های طراحی شده دارای چند باند کاری می‌باشند که با توجه به باندهای فرکانسی ایجاد شده، آنتن‌های پیشنهادی قابلیت استفاده در وسایل قابل حمل برای انواع ارتباطات بی‌سیم از قبیل IEEE 802.11 a/b/g/n و LTE و WiFi و  Bluetooth و LTE و باند X و Ku .... را دارا می‌باشد. این آنتن از دو آنتن مونوپل دایره‌ای شکل که شکاف‌ها و برش‌هایی بر روی آن ایجاد شده ، تشکیل شده است. هر کدام از این آنتن‌ها به روش تغذیه هم محور (CPW) 50 اهمی تغذیه می‌شوند. برای افزایش ایزولاسیون ( تزویج متقابل) مناسب بین المان‌ها ضمن اینکه تغذیه آنتن به صورت عمود نسبت به یکدیگر جانمایی شده‌اند، از یک نوار مستطیلی شکل به عنوان المان پارازتیکی استفاده شده است. طرح پیشنهادی دارای مشخصات مناسبی از قبیل تزویج متقابل کم، ECC پایین، توان بالا ، برای استفاده در سیستم‌های MIMO قابل حمل گزینه مناسبی می‌باشد. در ادامه به بررسی و توضیح در خصوص روند کلی طراحی و دست‌یابی به آنتن نهایی می‌پردازیم

ساختار آنتن پایه

با توجه به اینکه آنتن‌های تک‌قطبی چاپی و صفحه‌ای یکی از بهترین طراحی‌های آنتن‌ها به منظور کاربردهای با پهنای باند گسترده و خیلی گسترده می‌باشند. این آنتن‌ها دارای پترن تشعشعی همه جهته می‌باشند که باعث عملکرد مناسب آنتن در حالت‌های گیرندگی و فرستندگی می‌گردد.

در شکل 7 ساختار کلی آنتن مایکرواستریپ چاپی پیشنهادی نشان داده شده است. طرح پیشنهادی بر روی زیرلایه FR-4 با ضریب گذردهی 4/4 و تانژات تلفات 02/0 و با ضخامت 6/1 میلی‌متر با پچ دایروی شکل و خط تغذیه 50 اهمی CPW در ابعاد mm3 6/1×42×42 طراحی شده است. در آنتن پیشنهادی خط تغذیه آنتن از نوع خط تغذیه 50 اهمی CPW می‌باشد که برای دستیابی به امپدانس ورودی 50 اهمی در پورت ورودی آنتن طول و عرض خط ورودی با استفاده از نرم افزار APPCAD محاسبه شده است و خود آنتن نیز با استفاده از نرم­افزار HFSS طراحی شده است و سپس برای اطمینان از نتایج، با استفاده از نرم افزار CST نیز مورد بررسی قرار گرفته است که با تغییرات مقادیر پارامترهای مختلف آنتن به مقادیر و ساختار بهینه شده و طرح نهایی دست یافتیم. پیکربندی در شکل زیر نمایش داده شده است.

 

 

شکل 7. آنتن

 

جدول 1. ابعاد پارامترهای طراحی آنتن تک المانه (بر حسب mm)

RL	RS	WS	Wd	Lf	Wf	Lg	Wg	L	W	پارامتر
15	8	20	5/0	16	3	7/10	16	42	42	مقدار

جدول 1 مربوط به نمودار شبیه‌سازی پهنای باند امپدانسی آنتن تک المانه می‌باشد. همانطور که در شکل 8 مشخص می‌باشد آنتن دارای باندهای مختلف فرکانسی ( 2.18 – 2.74GHz ) ,(3.86 – 5.72GHz ), ( 6.55 – 7.82GHz ), ( 8.42 – 24.52GHz ) برای |S11| < 10dB می‌باشد. که با توجه به مقادیر بالا آنتن قابلیت استفاده در استاندارهای ارتباطی WLAN، IEEE 802.11 a/b/g/n، Wi-Fi، Bluetooth و همچنین LTE  را دارد.

 

 

 

شکل 8: نتایج اندازه گیری

همانطور که از تصاویر مشخص می‌باشد تطابق بسیار خوبی بین مقادیر شبیه‌سازی و اندازه‌گیری شده برقرار می‌باشد.

پترن تشعشعی اندازه گیری شده و شبیه‌سازی شده آنتن تک المانه در دو صفحه‌ی H و E در دو فرکاتس 5/2 و 5 گیگاهرتز می‌باشد که با توجه تصاویر نتایج اندازه‌گیری شده تأیید کننده مقادیر شبیه‌سازی شده می‌باشد.

طراحی آنتن MIMO 2×1

به منظور طراحی آنتن MIMO باید به اصل ضریب گذردهی در زیرلایه‌های توجه داشت چرا که میدان‌های الکتریکی بوجود آمده در بین پچ و صفحه‌ی زمین آنتن موجب ایجاد پدیده‌ی لبه‌ای در قسمت‌های کناری و مرزی موجود در بین پچ و خط مایکرواستریپ می‌گردد. این اتفاق موجب می‌گردد که سطح تماس میدان‌های الکتریکی بین پچ و صفحه‌ی زمین افزایش یابد که این موجب بزرگتر دیده شدن پچ آنتن از سمت زمین آنتن می‌گردد. از این در طراحی پچ آنتن هم بحث طول فیزیکی و طول الکتریکی بیان می‌گردد. طول فیزیکی شامل اندازه‌ی واقعی ابعاد پچ آنتن می‌باشد ولی طول الکتریکی پچ با توجه به اثر لبه بین پچ و صفحه‌ی زمین دارای ابعاد بزرگتری نسبت به ابعاد فیزیکی پچ آنتن می‌باشد، این مقدار اندازه‌ی بزرگتر را به صورت  بیان می‌شود. چگونگی ایجاد پدیده اثر لبه‌ای در شکل 9 نشان داده شده است.

 

شکل 9. اثر لبه­ای

 

طراحی آنتن MIMO 2×2

در این مرحله‌ی طراحی 2×2 MIMO، همانطور که در شکل 10 هندسه پیکربندی آنتن نشان داده شده است چهار آنتن تک المانه طراحی شده در بالا به صورت متعامد و بدون هیچ‌گونه ساختار اضافی و جداساز از یکدیگر قرار می‌گیرند، در طرح پیشنهادی هر یک از عناصر آنتن به صورت متعامد نسبت به عنصر آنتن مجاور قرا گرفته است. بطوریکه آنتن در پورت دوم نسبت به آنتن در پورت‌های اول و سوم دارای در حالت متعامد قرار گرفته و نسبت به آنتن در پورت چهارم در خلاف جهت قرار گرفته است. این قرارگیری متعامد عناصر آنتن باعث به وجود آمدن تنوع قطبی و در نتیجه افزایش ایزولاسیون بین عناصر آنتن می‌گردد. با توجه به اینکه عناصر آنتن دارای شکل یکسانی هستند، ضریب انعکاس یکسانی نسبت به یکدیگر از خود نشان می‌دهند.

 

 

شکل 10: شکل کلی آنتن MIMO 2×2  بدون ساختار جداساز

 

برای حفظ ابعاد کم طرح پیشنهادی المان‌های آنتن MIMO تا حد امکان در فاصله‌ی کمی از یکدیگر جانمایی شده‌اند بطوریکه ابعاد کلی آنتن برابر mm2 84×84 می‌باشد. عملکرد آنتن در این مرحله بدون هیچ ساختار اضافی شبیه‌سازی شده است. نتایج شبیه‌سازی آنتن پیشنهادی در نرم‌افزارهای HFSS و CST در شکل 11 نشان داده شده است، و پهنای باند امپدانسی dB 10- کلی آنتن از 13/2 گیگاهرتز تا 48/24 گیگاهرتز ( GHz 35/22 ) می‌باشد که نتایج شبیه‌سازی شده با دو نرم‌افزار تطابق خوبی با یکدیگر دارند. نتایج شبیه‌سازی شده نشان می‌دهد که توان بازگشتی پورت‌های آنتن Super-UWB-MIMO بدون استفاده از ساختار جداکننده دارای باندهای مختلف فرکانسی ( 2.13 – 2.79GHz ) , ( 3.75 – 5.89GHz ), ( 6.49 – 8.27GHz ), ( 8.52 – 24.48GHz ) برای |S11| ≤ 10dB می‌باشد.

 

 

شکل 11. شبیه‌سازی پارمترهای S آنتن 4 المانه‌ی Super-UWB- MIMO 2×2

 

به صورت کلی در این پژوهش، روند کلی شبیه سازی آنتن و همچنین نتایج اندازه‌گیری شده از تست آنتن به طور کامل توضیح داده شد بطوریکه روند تکاملی آنتن مرحله به مرحله به همراه نتایج شبیه‌سازی در هر مرحله ارائه شده است. در نهایت به منظور ایزولاسیون بهتر و کاهش تزویج متقابل در بین المان‌های آنتن از یک نوار مستطیلی شکل به صورت المان پارازیتیکی در حد فاصل بین المان‌های آنتن استفاده شده است. بعد از ارائه طرح نهایی و بررسی و تحلیل اولیه‌ی نتایج شبیه‌سازی کامل آنتن، سایر پارامترها و نتایج مربوط به ساختار‌های آنتن‌های چند وروردی / چند خروجی نیز بر روی ساختار نهایی ارائه شده، بررسی گردید که با توجه به نتایج شبیه‌سازی بدست آمد، نتایج کسب شده برای ساختار نهائی، ضمن تأیید ساختار عملکرد صحیح آنتن چند ورودی/چند خروجی، نشان‌دهنده‌ی گزینه مناسب بودن این طرح برای استفاده در انواع سیستم‌های مخابراتی، ارتباطی و بیسیمی قابل حمل می‌باشد.

 

بحث و نتیجه گیری

در این پایان‌نامه دو ساختار 2 المانه و 4 المانه جدید از آنتن‌ MIMO را به منظور استفاده در سیستم‌های ارتباطی و مخابراتی با پهنای باند بسیار گسترده ارائه شده است که توانسته است پارامترها و نیازهای مورد نیاز برای سیستم‌‌های MIMO را به خوبی تأمین نماید.

با این حال می‌توان مطالعات جدیدی بر روی ارائه‌ی طرح‌های نوین صورت داد و روش‌های جدید دیگری برای افزایش ایزولاسیون و پهنای باند و بهره‌ی آنتن‌های MIMO  ارائه داد. از جمله روش‌هایی که می‌توان برای طراحی ساختارهای بهینه‌تر با ابعاد کوچکتر و بهره‌های بالا استفاده کرد می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

1-       استفاده از زیرلایه‌هایی با ثابت دی الکتریک و تلفات پائین برای بستر آنتن‌ها

2-       استفاده از ساختارهای زمین ناقص و همچنین ایجاد شکاف‌هایی از اشکال مختلف بر روی سطوح زمین و پچ آنتن به منظور افزایش تعداد باند‌های فرکانسی مختلف.

3-       مطالعه بر روی روش‌هایی که باعث افزایش تعداد المان‌ها و پورت‌های آنتن MIMO می‌گردد.

4-       استفاده از ساختارهایی که ضمن حفظ عملکرد آنتن MIMO توانایی انتشار متنوع از پلاریزاسیون را داشته باشد.

5-       بررسی استفاده از قطعات الکترونیکی فرکانس بالا مانند انواع دیودها ، دیودهای ورکتور و خازن‌ها برای ایجاد ساختارهای جدید.

6-       استفاده از طرح‌های نوین از ساختارهای فرامواد به منظور افزایش ایزولاسیون در بین المان‌های آنتن MIMO.

7-       استفاده از ساختارهای فرکتالی شکل در طراحی بخش تشعشعی آنتن به منظور کاهش ابعاد آنتن‌های MIMO .

تقدیر و تشکر

از کلیه کسانی که در این پژوهش با ما همکاری داشتند، کمال تشکر و قدردانی را دارم.

 

منابع

 

1.        Chiani M, Giorgetti A. Coexistence between UWB and narrow-band wireless communication systems. Proceedings of the IEEE. 2009;97(2):231-54.

2.        Ray KP. Design aspects of printed monopole antennas for ultra-wide band applications. International journal of antennas and propagation. 2008;2008.

3.        Nekoogar F. Ultra-Wideband Communications: Fundamentals and Applications Fundamentals and Applications: Prentice Hall Press; 2011.

4.        De Flaviis F, Jofre L, Romeu J, Grau A. Multiantenna systems for MIMO communications: Springer Nature; 2022.

5.        Vaughan RG, Andersen JB. Antenna diversity in mobile communications. IEEE Transactions on vehicular technology. 1987;36(4):149-72.

6.        Hassan MM, Rasool M, Asghar MU, Zahid Z, Khan AA, Rashid I, et al. A novel UWB MIMO antenna array with band notch characteristics using parasitic decoupler. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 2020;34(9):1225-38.

7.        Cai Y, Cheng G, Ren X, Wu J, Ren H, Song K, et al. Highly Isolated Two-Elements Ultra-Wideband MIMO Fractal Antenna with Multi Band-Notched Characteristics. Progress in Electromagnetics Research C. 2021;116.

8.        Abbas A, Hussain N, Sufian MA, Jung J, Park SM, Kim N. Isolation and gain improvement of a rectangular notch UWB-MIMO antenna. Sensors. 2022;22(4):1460.

9.        Liu L, Cheung S, Yuk T. Compact MIMO antenna for portable UWB applications with band-notched characteristic. IEEE transactions on antennas and propagation. 2015;63(5):1917-24.

10.        Naeem U, Iqbal A, Shafique MF, Bila S. Efficient design methodology for a complex DRA‐SIW filter‐antenna subsystem. International Journal of Antennas and Propagation. 2017;2017(1):6401810.

11.        Yang H, Xi X, Zhao Y, Tan Y, Yuan Y, Wang L. Compact slot antenna with enhanced band‐edge selectivity and switchable band‐notched functions for UWB applications. IET Microwaves, Antennas & Propagation. 2019;13(7):982-90.

12.        Li H, Liu J, Wang Z, Yin Y-Z. Compact 1× 2 and 2× 2 MIMO antennas with enhanced isolation for ultrawideband application. Progress In Electromagnetics Research C. 2017;71:41-9.

13.        Ren J, Hu W, Yin Y, Fan R. Compact printed MIMO antenna for UWB applications. IEEE antennas and wireless propagation letters. 2014;13:1517-20.

14.        Liu L, Cheung S, Yuk T. Compact MIMO antenna for portable devices in UWB applications. IEEE transactions on antennas and propagation. 2013;61(8):4257-64.

15.        Tripathi S, Mohan A, Yadav S. A compact Koch fractal UWB MIMO antenna with WLAN band-rejection. IEEE Antennas and wireless propagation letters. 2015;14:1565-8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

---

[1] 2* پست الکترونیک نویسنده مسئول:@iau.ir2390150241

1. اموزشیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد مشهد

2. استادیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد کازرون

3. استادیار، دانشکده مهندسی برق، دانشگاه آزاد اسلامی واحد شیراز

4.استادیار دانشکدهمهندسی برق دانشگاه ازاداسلامی واحددمشهد

[2]  . propagation paths

[3]  . multipath propagation

 

 

 

Design, simulation and construction of MIMO antenna with multi-frequency coverage: a definition for various communication standards

 

Mohammad hossein montazerifar 1*, jasem jamali 2, zahra adel pour 3

 

 

1. Ph.D. in the field of electricity and telecommunications, field and telecommunications field, Islamic Azad University, Mashhad branch

2. Assistant Professor, Faculty of Electrical Engineering, Islamic Azad University, kazerun Branch

3. Assistant Professor, Faculty of Electrical Engineering, Islamic Azad University, shiraz Branch

 

*Corresponding Author: 2390150241@iau..ir

 

 

ABSTRACT

The current research aims to design, simulate, and build a MIMO antenna with multi-frequency coverage: a definition for various communication standards. In this treatise, a 1×2 MIMO antenna with an extensive bandwidth (Super-UWB MIMO antenna) in the dimensions of 84×42 mm square with a bandwidth of 2.17-24.85 GHz is proposed. According to the created frequency bands, the designed antenna can be used in portable devices for all types of wireless communications, such as IEEE 802.11 a/b/g/n, LTE, WiFi, Bluetooth, and band It has X, Ku, and... This antenna consists of two circular monopole antennas that have slits and cuts on them, and each of these antennas is fed by a 50-ohm coaxial feeding method (CPW). A rectangular strip has been used as a parasitic element to increase the proper isolation (mutual coupling) of these two elements, while the antenna feed is positioned perpendicularly to each other. After simulation, the proposed design was made as a prototype and its parameters were measured. The measured results show that the proposed MIMO antenna has an impedance bandwidth of 2.17 to 24.85 GHz with an isolation of 21.6 dB, a maximum gain of 6.9 dB, and a correlation coefficient of less than 0.005.

Keywords: Simulation, MIMO antenna, multi-frequency band

 

 

 

 

---