Antena MIMO ultra banda larga para comunicações móveis

We propose an Ultra-Wideband MIMO Semi-Elliptical Antenna, that operates in all mobile bands between 0.7-6 GHz, and adapted to operate in Free Space (FS) and near human head. The antenna elements are identically and symmetric, which are fed by tapered microstrip line and possess a slanted concave semi elliptical patch to achieve a higher bandwidth using only one side of the substrate. A 45° slanted stub is also present yielding the low frequency resonance. Besides, the ground plane has rounded corners and a cutting-slot at the end of the microstrip line for matching purposes. A T-shaped decoupling was used to improve MIMO correlation. Numerical results shows good isolation and return loss. Multiplex efficiency is higher than 3 dB in FS and better than 8 dB near human head for almost all mobile standards within 0.7-6 GHz bandwidth. This antenna is a very attractive solution for Ultra-wideband MIMO applications. Keywords−UWB systems, short-range communications, elliptical monopole, high efficiency. Lista de Figuras Capítulo 2 Figura 2.1 Sistema Beamforming. 21 Figura 2.2 Multiplexação Espacial. 22 Figura 2.3 Rede múltipla. 24 Figura 2.4 Antenas Estações Base. 25 Figura 2.5 Antena MIMO para dispositivos móveis [15] e com elemento desacoplador no plano de massa (a) e linha de neutralização (b) [15]. 26 Capítulo 3 Figura 3.1 Célula de Yee. 28 Figura 3.2 Interface do CST Microwave. 30 Figura 3.3 Fluxograma de Simulação. 30 Figura 3.4 Impedância de Entrada (Fonte:[21]). 31 Figura 3.5 Rede 2 portas. 32 Capítulo 4 Figura 4.1 Protótipo Antena Conceito. 39 Figura 4.2 S11 e S21 da antena conceito. 39 Figura 4.3 Antena com patch semielíptico, em cinza o. 40 Figura 4.4 S11 do monopolo com radiador semielíptico. 41 Figura 4.5 Antena com patch semielíptico e toco. 41 Figura 4.6 Parâmetros S do patch semielíptico com toco e sem (s/) toco. 42 Figura 4.7 Monopolo elíptico com linha trapezoidal, cantos arredondados e cavidade. 43 Figura 4.8 Impedância do Monopolo elíptico com linha retangular e linha trapezoidal. 43 Figura 4.9 S11 do Monopolo elíptico com linha retangular e linha trapezoidal. 44 Figura 4.10 S11 da antena com e sem os cantos arredondados. 44 Figura 4.11 S11 da antena com cavidade para diferentes valores de La. 45 Figura 4.12 S11 da antena com cavidade para valores diferentes de Lb. 45 Figura 4.13 Densidade de distribuição de corrente em 0.7 GHz (a), 2.3 GHz (b) e 5.5 GHz (c). 46 Figura 4.14 Configuração Head (a), flat (b) e espaço livre (c). 48 Capítulo 5 Figura 5.1 Estrutura Final da Antena. 49 Figura 5.2 Parâmetros S simulados no espaço livre e próximo ao Flat phantom. 50 Figura 5.3 Parâmetros S simulados no espaço livre e próximo ao Head phantom. 50 Figura 5.4 Eficiência total. 51 Figura 5.5 Eficiência total (talking mode: head+mão) da antena estudada por [35]). 52 Figura 5.6 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 0.7 GHz no espaço livre. 52 Figura 5.7 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 2.3 GHz no espaço livre. 53 Figura 5.8 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 5.5 GHz no espaço livre. 53 Figura 5.9 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 0.7 GHz para Flat. 54 Figura 5.10 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 2.3 GHz para Flat. 54 Figura 5.11 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 5.5 GHz para Flat. 54 Figura 5.12 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 0.7 GHz para head. 55 Figura 5.13 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 2.3 GHz para head. 55 Figura 5.14 Diagrama de radiação (esquerda) e (direita) a 5.5 GHz para head. 56 Figura 5.15 Envelope de correlação . 57 Figura 5.16 Eficiência de Multiplexação. 57 Figura 5.17 Eficiência de multiplexação (talking mode: head+mão) para duas portas diferentes da antena MIMO avaliada por [35]. 58 Lista de Tabelas Capítulo 2 Tabela 2.1 Aplicações em Comunicações móveis. 23 Capítulo Tabela 4.1 Especificações das Antenas . 36 Lista de Abreviaturas UWB – Ultra-wideband FDTD – Finite Difference-Time Domain PML – Perfect matched layer IEEE – Institute of Electrical and Electronics Engineers SDMA – Spatial division multiple access SISO Single Input e Single Output MIMO – Multiple input Multiple output MU-MIMO – MIMO multiusuário SU-MIMO – MIMO único usuário FS – Espaço Livre LAN – Redes de área local LTE – Long term Evolution ECC – Envelope de correlação. Mux. Eff. – Eficiência de multiplexação 3G – 3o Geração de telefonia móvel 4G – 4o Geração de telefonia móvel