Σχεδίαση παρασιτικών στοιχειοκεραίων για χρήση σε συστήματα MIMO

Abstract

Η χρήση πολλαπλών κεραιών, τόσο σε πομπό όσο και σε δέκτη (ΜΙΜΟ), λόγω των σημαντικών κερδών που προσφέρουν, έχουν αναγνωριστεί σαν μια βέλτιστη λύση στο σχεδιασμό συστημάτων ασυρμάτων δικτύων. Όμως, με τη χρήση ΜΙΜΟ στα ασύρματα συστήματα αυξάνεται η πολυπλοκότητα υλικού και οι απαιτήσεις σε ενέργεια. Με την υλοποίηση συστημάτων ΜΙΜΟ με χρήση παρασιτικών κεραιών ESPAR (Electrically Steerable Parasitic Array Radiator) επιτυγχάνεται η βελτιστοποίηση της απόδοσης του συστήματος με παράλληλη απλούστευση της πολυπλοκότητας υλοποίησης. Η παρασιτική κεραία ESPAR αποτελείται από ένα ενεργό στοιχείο το οποίο τροφοδοτείται μέσω αλυσίδας RF και πολλαπλά παρασιτικά στοιχεία το οποία τερματίζουν είτε σε ένα κύκλωμα το οποίο διαθέτει διακόπτη είτε σε μεταβλητές αντιστάσεις (βάρη). Τα στοιχεία μιας ESPAR τοποθετούνται σε πολύ μικρή απόσταση μεταξύ τους μια και απαιτείται να υπάρχει ισχυρή σύζευξη μεταξύ όλων των κεραιοστοιχείων ώστε να είναι εφικτή στη συνέχεια η διαμόρφωση του επιθυμητού διαγράμματος ακτινοβολίας, με κατάλληλη ρύθμιση των τιμών των βαρών των παρασιτικών στοιχείων. Η χρήση κεραιών ESPAR συνιστά μία αποτελεσματική λύση σε εφαρμογές κινητών τερματικών που απαιτούν κεραίες μικρού μεγέθους και χαμηλού κόστους. Μπορούν να προταθούν διάφορες διατάξεις κεραιών με χρήση παρασιτικών κεραιών ESPAR: - Επίπεδη παρασιτική στοιχειοκεραία που αποτελείται από τέσσερις όμοιες 3-element ESPAR, με χρήση διπόλων λ/2 - Κεραία ESPAR 5 στοιχείων τοποθετημένων κάθετα στο επίπεδο γείωσης, με χρήση μονόπολων κεραιοστοιχείων λ/4. - Κεραία αποτελούμενη από δύο όμοιες 5-element ESPAR στραμμένες κατά γωνία φ μεταξύ τους. - Παρασιτικές στοιχειοκεραίες χρησιμοποιώντας microstrip patch antennas. Σχεδιάζοντας και εκτελώντας προσομοίωση στις παραπάνω κεραίες, γίνεται εύκολα αντιληπτό ότι με κατάλληλη ρύθμιση των βαρών των παρασιτικών στοιχείων μπορούμε να στρέψουμε το διάγραμμα ακτινοβολίας προς την επιθυμητή κατεύθυνση.