Metamaterial Inspired Antenna Miniaturization for MIMO System Applications
No Thumbnail Available
Date
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Saudi Digital Library
Abstract
لقد تبنّت معايير تقنية الجيل الرابع للاتصالات (4G) الأنظمة ذات المداخل والمخارج المتعددة (MIMO) لتوفير معدّل نقل بيانات عالي السرعة. إن الهوائي يكوّن جزء مهم وحسّاس من هذه الأنظمة لكي تعمل بنجاح وفاعلية. بالإضافة إلى حاجة هذه الأنظمة إلى عزل عالي الكفاءة بين العناصر المكوّنة للهوائي لكي تمنع التداخل بينهم. يجب على هذه الهوائيّات أن لا تحتل حيزاً كبيراً وأن تؤدي غرضها بأقل كلفة ممكنة ويجب عليها أيضاً أن يتناسب تصميمها وحجمها لوضعها داخل الأجهزة اللاسلكية. هذه المعطيات تجعل من تصميم الهوائيّات للأنظمة ذات المداخل والمخارج المتعددة أمراً صعباً، حيث يُعتبر الهوائي من أكبر الأجزاء في أجهزة الاتصالات. إن الحجم الإعتيادي للهوائي يكون نصف الطول الموجي المطابق للتردد الذي يعمل عليه النظام، وتصغير حجم الهوائي إلى أقل من هذا الحد سوف يؤثّر سلباُ وبشكل كبير على خصائصه وعمله. إن محاولة وضع عدّة عناصر للهوائي في أنظمة المداخل والمخارج المتعددة في مساحة صغيرة هو عمل صعب جداً، وهذا الوضع ساعد على تطوير تقميات تصغير الهوائيّات من دون التأثير على خصائصها. هذه التقنيات سوف تصغّر من حجم الهوائيات إلى أقصى حدٍّ ممكن مع إبقاء جودة عمل الهوائي ضمن الحد المقبول. في هذا العمل، تم تصميم هوائيّات لأنظمة المداخل والمخارج المتعددة للعمل على عدّة مقاييس وترددات بين 700 ميقاهرتز إلى 6 قيقاهرتز. جميع الهوائيّات تم تصميمها على سطح مستوٍ ولا تحتل حيزاً كبيراً وذات كفاءة مقبولة. وتم استخدام الهوائيّات ذات القطع السطحية المعدّلة (MPAs) كعناصر لهوائي النظام. وأيضاً تم وضع طريقة مستوحاة من المواد الخارقة (MTM) تستخدم مرنان مصنوع من قطه حلقية مكمّلة (CSRR) لتصغير الهوائيّات. تم في البداية دراسة واستكشاف الطريقة ثم تطبيقها على الهوائيّات. تم تصغير الهوائي بنجاح بنسبة 80% للعمل على التردد 700 ميقاهرتز وبنسبة 65% على التردد 5 قيقاهرتز. تم في هذا البحث استخدام الهوائيّات المصغّرة لصنع هوائي ذو عنصريين لأنظمة المداخل والمخارج المتعددة (MIMO) للعمل على النطاق المنخفض لتقنية ال(LTE)، وتم استخدامهم أيضاً لصنع هوائي ذو 4 عناصر لأنظمة (MIMO) للعمل على نطاق (ISM) وأيضاً لصنع هوائي ذو 8 عناصر لأنظمة ال(MIMO) للعمل على نطاق الشبكة اللاسلكية (WiFi). جميع التصاميم ذات أحجام صغيرة ويمكن استخدامها في الأجهزة الذكية صغيرة الحجم. وتم في هذا البحث أيضاً استخدام طريقة أخرى مستوحاة أيضاً من المواد الخارقة (MTM) لزيادة العزل بين عناصر الهوائيّات. الطريقة سهلة التطبيق وتوفّر عزل بمقدار 5 ديسيبل بين العناصر المكوّنة للهوائي.