Μικροταινιακά συστήματα κινητών επικοινωνιών:
Creators: name: Γκανάτσος, Θεόδωρος Α.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2010
Subjects: Κινητές επικοινωνίες
Δομές ηλεκτρομαγνητικού χάσματος ζώνης
Διαφορική λήψη πόλωσης
Μέση ενεργός απολαβή
Συντελεστής συσχέτισης κλάδων διαφορισμού
Στατιστικά μοντέλα κατανομής προσπιπτόντων κυμάτων
Mobile Communications
Electromagnetic bandgap structures
Polarization diversity
Mean effective gain
Diversity branch correlation coefficient
Statistical models for incident wave distribution

description: Η ραγδαία εξέλιξη στο χώρο των ασύρματων επικοινωνιών, ανταποκρινόμενη στην αυξημένη ζήτηση αντίστοιχων υπηρεσιών, έχει οδηγήσει σε πλήθος εφαρμογών. Οι κινητές επικοινωνίες (GSM και UMTS) και τα ασύρματα δίκτυα (Wi-Fi και Wi-Max) αποτελούν ίσως τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα σύγχρονων εφαρμογών αυτού του είδους. Στις ασύρματες ζεύξεις, σημαντικός είναι ο ρόλος των κεραιών και γι’ αυτό αναπτύσσονται διάφοροι τύποι κεραιών για την υποστήριξη των συσκευών ασύρματων δικτύων. Οι προδιαγραφές για τα φυσικά χαρακτηριστικά καθορίζονται από τις ανάγκες του χώρου εγκατάστασης (απαιτούνται δομές χαμηλού βάρους και προφίλ, μικρών διαστάσεων, με δυνατότητα εύκολης εγκατάστασης σε επίπεδες επιφάνειες), ενώ για τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά καθορίζονται από τις απαιτήσεις σε εύρος ζώνης, απολαβή, κατευθυντικότητα και πόλωση που ορίζει κάθε εφαρμογή. Επιπλέον, σε δίκτυα κινητών επικοινωνιών, η πιθανότητα διάλειψης του σήματος είναι αυξημένη, λόγω της διάδοσης των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων σε ανομοιόμορφα δομημένο περιβάλλον και της κίνησης των μονάδων εκπομπής-λήψης. Επομένως, κατά τη σχεδίαση των κεραιοσυστημάτων, επιβάλλονται επιπλέον προδιαγραφές όπως η αύξηση της μέσης ενεργού απολαβής και λειτουργικές επιδόσεις ανεξάρτητες κατά το δυνατόν από την πόλωση των προσπιπτόντων κυμάτων – η οποία μεταβάλλεται κατά τη διάρκεια της ζεύξης – καθώς και από το στατιστικό εύρος της κατανομής των διευθύνσεων άφιξης των σημάτων. Η σχεδίαση και υλοποίηση συστημάτων που να συνδυάζουν όλα τα παραπάνω χαρακτηριστικά αποτελεί πρόκληση, καθώς η επίτευξη ορισμένων από αυτά συνεπάγεται την υποβάθμιση κάποιων άλλων. Η παρούσα διατριβή πραγματεύεται και προτείνει δύο τύπους κεραιών που θα μπορούσαν να εξυπηρετήσουν ένα σύστημα ασύρματων επικοινωνιών (α) τις μικροταινιακές κεραίες και (β) τις απλές διπολικές κεραίες σύρματος. Αμφότεροι οι τύποι εξελίχθηκαν σε κεραιοσυστήματα τα οποία, χωρίς να χάσουν τα χαρακτηριστικά της απλής τους μορφής, απέκτησαν όλες τις ιδιότητες που θα τις καθιστούσαν ελκυστικές επιλογές για ασύρματα δίκτυα. Για το σκοπό αυτό, αναπτύχθηκε μεθοδολογία για τη σχεδίαση και την εκπαίδευση νευρωνικών δικτύων για την εύρεση των βέλτιστων γεωμετρικών χαρακτηριστικών επιφανειών ηλεκτρομαγνητικού χάσματος ζώνης (EBG), ώστε αυτές να εμφανίζουν συγκεκριμένες επιθυμητές ιδιότητες ανάκλασης. Με τη χρήση της μεθοδολογίας αυτής, πραγματοποιήθηκε συστηματική παραμετρική μελέτη διπολικών κεραιών χαμηλού προφίλ με χρήση επιπέδου γείωσης EBG με φάση ανάκλασης εξαρτώμενη από την πόλωση (PDEBG). Η σχεδίαση έγινε στην περιοχή συχνοτήτων κινητών επικοινωνιών τρίτης γενιάς (UMTS). Οι δομές αποτελούνται από ένα ή δύο δίπολα και γίνεται σύγκριση των αποτελεσμάτων με τα αντίστοιχα για τις περιπτώσεις δομών με συμβατικό επίπεδο γείωσης (PEC). Εξετάζονται χαρακτηριστικά όπως το εύρος ζώνης, η απολαβή και η πόλωση της κεραίας και η ηλεκτρική απομόνωση των διπολικών στοιχείων, καθώς και η δυνατότητα λειτουργίας σε πολλαπλές ζώνες συχνοτήτων, καλύπτοντας εφαρμογές ασύρματων δικτύων (Wi-Fi και WiMax). Επιπλέον, έγινε αξιολόγηση της διαφορικής λήψης που παρέχουν οι δομές διπολικών κεραιών που σχεδιάστηκαν, μέσω υπολογισμού μεγεθών που χαρακτηρίζουν τη διαφορική λήψη σε περιβάλλοντα διάδοσης κινητών επικοινωνιών (μέση ενεργός απολαβή, συντελεστής συσχέτισης, κέρδος διαφορισμού). Τέλος, αναπτύχθηκε αναλυτική μεθοδολογία για τη βελτίωση των χαρακτηριστικών ακτινοβολίας των ρυθμών υψηλότερης τάξης μικροταινιακών κεραιών, με τη χρήση επιπέδου γείωσης EBG αποτελούμενου από τριγωνικά στοιχεία. Στόχος της μεθοδολογίας ήταν η σχεδίαση μικροταινιακών κεραιών που λειτουργούν σε δύο ζώνες συχνοτήτων (βασικό ρυθμό και ρυθμό υψηλότερης τάξης), διατηρώντας τα ίδια χαρακτηριστικά ακτινοβολίας.
description: Wireless communications have experienced enormous advances that have led to countless applications. Mobile communications (GSM and UMTS) and wireless networks (Wi-Fi and Wi-Max) are perhaps the most characteristic examples of such modern applications. The role of an antenna at a wireless link is of great importance and therefore several types of antennas are evolving to support wireless network devices. The specifications for the physical characteristics of the antenna systems are defined by the installation site (lightweight, low profile and small dimension structures are needed, with easy installation capability on planar surfaces). The specifications for the electrical characteristics are defined by the bandwidth, gain, directivity, and polarization requirements of each application. Moreover, in mobile communications networks, the probability of a deep fade of the signal is high, due to the wave propagation in a non-uniform structured environment and the motion of the transmit-receive units. Therefore, more specifications are needed, such as high mean effective gain and performance independent of the polarization of the impinging waves – which is varying during the link – and the statistical distribution of the direction of arrival of the signals. The design and realization of systems that combine all the above characteristics is usually a challenge, because the fulfilment of some of them leads to the degradation of others. In the present Ph.D. dissertation, two types of antennas that could be used in a wireless communication system are studied and proposed, namely (a) the microstrip antennas and (b) the simple wire dipole antennas. Both types were evolved, in the dissertation, to antenna systems which, while attaining the characteristics of their simple form, they obtained all the properties that would make them attractive choices for wireless networks. A methodology has been developed based on the design and training of Neural Networks and their use to find the optimized geometrical characteristics of Electromagnetic Bandgap Surfaces (EBG), in order to have special reflection properties. Using this methodology, a parametric study of low profile dipole antennas has been performed, with the polarization dependent electromagnetic bandgap surface (PDEBG) as a ground plane. The structures under study integrate one or two dipoles and a comparison is carried out with the case of using a conventional ground plane (PEC), as far as the antenna bandwidth, gain, polarization and the electrical isolation of the dipoles are concerned. Moreover, the possibility of operation in multiple frequency bands, covering wireless network applications (Wi-Fi, Wi-Max) is investigated. Furthermore, the designed structures were theoretically evaluated as of their capability to provide polarization and space diversity in mobile communications propagation environments, through the calculation of their mean effective gain, correlation coefficient and diversity gain. Finally, an analytical methodology was developed about the improvement of the radiation features of higher order modes of triangular printed antennas, with the use of an EBG ground plane composed of triangular patches. The goal was to design microstrip antennas that operate at two frequency bands (at the basic mode and at one higher order mode), attaining the same operational characteristics.