Antenne diversité agile multifonctionnelle à douze ports pour les applications sans fil intérieures

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 7979 (2023) Citer cet article

506 Accès

1 Citation

Détails des métriques

La résurgence récente des technologies reconfigurables de nouvelle génération offre une pléthore d'applications diverses dans toutes les solutions publiques, privées et d'entreprise à travers le monde. Dans cet article, une antenne MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output) à polarisation reconfigurable en fréquence et à configuration diversifiée est présentée pour les scénarios intérieurs. L'antenne MIMO est composée de douze éléments rayonnants, et la diversité de polarisation et de motif est obtenue en les disposant dans trois plans différents : plan horizontal (HP), plan vertical-I (VP-I) et plan vertical-II (VP-II). ). L'antenne proposée fonctionne en mode I (large bande) et en mode II (multibande), en combinant deux radiateurs différents à l'aide de diodes PIN. L'antenne bascule dynamiquement entre le mode I (large bande) et le mode II (multibande). En mode, je couvre la gamme ultra-large bande (UWB) de 2,3 à 12 GHz, tandis que le mode II couvre le GSM (1,85 à 1,9 GHz), le Wi-Fi et le LTE-7 (2,419 à 2,96 GHz), la 5G (3,15 à 3,28 GHz). et 3,45 à 3,57 GHz), bandes de fréquences WLAN de sécurité publique (4,817 à 4,94 GHz) et WLAN (5,11 à 5,4 GHz). Le gain maximal et l'efficacité de l'antenne MIMO sont respectivement de 5,2 dBi et 80 %.

En raison des progrès rapides dans le monde sans fil, pour résoudre les problèmes de connectivité, les débits de données élevés, les contraintes de puissance, la miniaturisation et la multiservice. Les modules d'antenne doivent prendre en charge simultanément la transmission et la réception pour fournir un service ininterrompu à l'utilisateur. En particulier, les scénarios intérieurs tels que les centres commerciaux, les aéroports, les universités, les industries, les écoles, les hôpitaux, etc., rencontrent davantage de problèmes de connectivité1,2,3 en raison d'un évanouissement à petite échelle. Cependant, ces défis importants sont dus à la propagation par trajets multiples, qui réduit le rapport signal/bruit et affecte la fiabilité de la liaison en raison de la désadaptation de polarisation. L'effet d'évanouissement peut être atténué en introduisant une diversité spatiale au niveau des émetteurs-récepteurs. Par conséquent, des antennes de diversité à entrées multiples et sorties multiples (MIMO) sont utilisées dans les émetteurs-récepteurs sans fil pour améliorer la fiabilité des communications4,5,6,7,8. D'après la littérature de travaux de recherche similaires, les antennes MIMO sont classées en large bande9,10,11,12,13,14, multibande15,16,17 et intégrée18,19,20, qui est une combinaison de large bande et de multibande.

Les antennes MIMO à large bande sont largement utilisées dans les systèmes sans fil modernes en raison de leurs multiples avantages, notamment une transmission à débit de données élevé et une faible consommation d'énergie. En 9, une antenne MIMO à quatre éléments couvrant la bande 5G et la bande C dans deux états différents à l'aide d'un circuit de réservoir LC a été signalée. En 10, une antenne MIMO à quatre éléments basée sur des fentes a été développée pour les applications radio cognitives. Cependant, l'antenne manquait de diversité de polarisation. En11, une antenne MIMO compacte a été conçue pour couvrir la gamme ultra-large bande (UWB) avec une bande crantée à 5,5 GHz. En 12, un réseau d'antennes couvrant l'UWB a été signalé et une fente étroite a été introduite pour obtenir une isolation élevée entre les cellules unitaires. En 13, une antenne UWB MIMO à quatre éléments avec une isolation élevée entre les éléments d'antenne a été proposée. En 14, une antenne MIMO UWB 3D à huit ports avec polarisation a été présentée. En 15, une antenne MIMO/diversité à huit éléments a été signalée avec rejet du WLAN, qui couvrait les bandes de fréquences 3G, 4G et 5G. En 16, une antenne multibande à deux éléments avec structures de découplage a été développée pour le smartphone. Dans17, une antenne MIMO à quatre éléments avec un résonateur sinueux et à anneau fendu a été signalée avec une isolation inter-éléments élevée. Cependant, la majorité des antennes MIMO signalées ci-dessus avaient une géométrie complexe, une grande taille et utilisaient des structures de découplage complexes.

Récemment, les antennes MIMO intégrées (IMA) ont reçu beaucoup d'attention en raison de leur transmission de données à haut débit et de leur polyvalence. Ces antennes offrent à la fois des caractéristiques à large bande et à bande étroite et sont utiles pour les modules IoT. Cependant, seules quelques conceptions IMA, intégrant plusieurs bandes en une seule entité, sont rapportées dans la littérature ouverte. Dans18, une antenne MIMO à douze ports a été signalée avec cinq paires d'éléments d'antenne simple et double bande et deux éléments d'antenne UWB. En 19, une antenne MIMO à douze éléments a été signalée pour les normes UWB, GSM et Bluetooth. In20, une IMA à diversité de polarisation reconfigurable en fréquence à huit éléments a été conçue pour les applications de communication véhiculaire. Cependant, les conceptions d'antennes décrites dans18,19,20 présentaient une grande taille, des fonctionnalités limitées et une diversité limitée. Les modules actuels doivent prendre en charge un large éventail de normes de communication sans fil, intégrant un grand nombre d'éléments résonants avec la plus petite taille d'antenne possible et un minimum d'interférences entre éléments. Par conséquent, les antennes reconfigurables pourraient convenir aux scénarios intérieurs car elles sont adaptables aux demandes des utilisateurs. L'IMA reconfigurable présente les avantages suivants : (i) intégrer davantage de radiateurs dans un petit espace, (ii) permettre une multi-service en modifiant la fréquence, le motif et la polarisation21,22, (iii) améliorer l'accessibilité dynamique du spectre en fonction de la demande des utilisateurs23 ,24,25, et (iv) offrir des caractéristiques de filtrage au sein de l'antenne MIMO pour éviter les interférences. En outre, des concepts basés sur la métasurface ont été rapportés dans26,27,28 pour améliorer les performances de l'antenne.