Evaluating the effective diversity gain on laptop antennas

Abstract

In the past few years the demand of high data transmission rates for video, image and other communications has increased. Therefore, a lot of research has been done to improve the link budget between mobile and base station. Multiple Input and Multiple Output (MIMO) systems have been introduced in the recent years using the decorrelation of signals coming from the overall multipath environment. In such systems, the capacity in communication links depends on signal to noise ratio and also on signal correlation when many antennas receive the transmitted signal. The correlation also plays a large role in diversity schemes but the radiation efficiency is often the main limiting factor of the effective diversity gain. The aim of the thesis is to study the influence of the radiation efficiency and correlation on the effective diversity gain between the antenna elements by varying the source impedance. The source impedance is altered within practical limits and the effective diversity gain is calculated for these source impedances. Support simulations have been performed using CST Microwave Studio and analyzed using a software called Multi-Port Antenna evaluator (MPA) developed in CHASE. Several examples are successively treated, starting from two parallel dipoles to prove the correct performance of the MPA software. Thereafter five and three antenna configurations are considered on a laptop. For our proposed laptop example, firstly one antenna port will be designed to fulfil an antenna specification for the W-CDMA plus WLAN bands. Later on, this dual band antenna will be added in a realistic laptop model done with CST in order to build it later and to compare it to simulated results. Two simulated cases are covered. In the first one, five antenna ports separated 2.8 cm is studied. In this case, a real laptop model including the designed antennas will be built and measured using a network analyzer and a reverberation chamber. In the second case, just three antenna ports are included and the spacing between them is only 1 cm, to increase the coupling between the ports. We propose a method in which we vary the source impedance and show that this can improve the effective diversity systems. The method is also applicable when designing antennas for MIMO-systems since radiation efficiency and correlation are design parameters also here.------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

En los últimos años, la demanda de altas tasas de transmisión de datos para vídeo, imágenes y otras comunicaciones ha crecido de forma considerable. Muchas investigaciones se han centrado en mejorar el radio enlace entre las estaciones móviles y la estación base. Los sistemas “Multiple Input and Multiple Output” (MIMO) se han introducido recientemente usando la correlación de las señales de todo el entorno multipath. En dichos sistemas, la capacidad del enlace de comunicación depende de la relación señal a ruido y de la correlación de las señales cuando varias antenas reciben la señal que fue transmitida. La correlación también juega un papel importante en los esquemas de diversidad pero la eficiencia de radiación es normalmente un factor limitante de gran importancia en la ganancia efectiva obtenida por diversidad de muestras. El objetivo de este proyecto es estudiar la influencia de la eficiencia de radiación y la correlación en la ganancia efectiva obtenida por diversidad de muestras entre varias antenas, variando la impedancia de entrada. Se han llevado a cabo diversas simulaciones para estudiar el comportamiento de la ganancia efectiva obtenida por diversidad de muestras usando los programas CST Microwave Studio y un software llamado “Multi-Port Antenna evaluator” (MPA) que se está desarrollando en “Chalmers Antenna Systems Excellence centre” (CHASE). A lo largo de este proyecto se han tratado varios ejemplos, comenzando con dos dipolos paralelos, para comprobar el correcto funcionamiento del MPA. Posteriormente, configuraciones de 5 y 3 antenas sobre un ordenador portátil, separadas 2.8 y 1 cm respectivamente, serán consideradas y se realizarán simulaciones de su comportamiento empleando los programas mencionados anteriormente. En el caso de las antenas incluidas en el ordenador portátil, se diseñarán para cubrir las especificaciones de frecuencia de las bandas W-CDMA y WLAN. Por último, el modelo con 5 antenas se construirá en el laboratorio de modo que éstas puedan ser incluidas en un ordenador portátil real y posteriormente medidas con el analizador de redes y en una cámara de reverberación. Por tanto, se provee un método para mejorar la ganancia efectiva obtenida por diversidad de muestras variando la impedancia de entrada de las antenas. El método puede ser perfectamente aplicable en el caso de sistemas MIMO ya que la eficiencia de radiación y la correlación también son parámetros de diseño importantes en dichos sistemas.