Σχεδίαση Ευφυών Kεραιών Για Ευρυζωνικές Εφαρμογές Σε Ψηφιακά Συστήματα Ευρυεκπομπής

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη, σχεδίαση και αξιοποίηση σε ψηφιακά συστήματα ευρυεκπομπής ευφυών στοιχειοκεραιών μεταγωγής ενεργών και παρασιτικών στοιχείων (Switched Parasitic Arrays, SPAs). Πρόκειται για έναν τύπο ευφυών κεραιών (Smart Antennas), οι οποίες εντάσσονται στην επιμέρους κατηγορία των κεραιών στρεφόμενου λοβού (Switched Beam, SB). Η διατριβή εξειδικεύεται στη σχεδίαση ευφυών κεραιοσυστημάτων που διευκολύνουν τη λήψη σήματος επίγειας ψηφιακής τηλεόρασης. Πιο συγκεκριμένα, λαμβάνεται υπόψη το πρότυπο DVB-T που χρησιμοποιείται στον ευρωπαϊκό χώρο και επομένως δίνεται περισσότερη έμφαση στην ανάπτυξη ευφυών κεραιοδιατάξεων μεταγωγής ενεργών και παρασιτικών στοιχείων με εκτεταμένο λειτουργικό εύρος ζώνης που λειτουργούν στις ζώνες συχνοτήτων του DVB-T (και κυρίως στην UHF ζώνη) και ικανοποιούν κατά βέλτιστο τρόπο τις συνθήκες λήψης (σταθερή, φορητή και κινητή λήψη) που ορίζονται από το εν λόγω πρότυπο. Αρχικά περιγράφονται τα κύρια χαρακτηριστικά του DVB-T. Ακολούθως παρουσιάζονται τα είδη και οι αρχές λειτουργίας των ευφυών κεραιών, καθώς και τα πλεονεκτήματα που συνεπάγεται η ενσωμάτωση τους σε ένα σύστημα ψηφιακής τηλεόρασης. Στη συνέχεια αναπτύσσονται οι διατάξεις SPAs διπόλων που μελετώνται στην παρούσα διατριβή και τονίζεται η σημασία της ηλεκτρονικής στροφής του διαγράμματος ακτινοβολίας. Σχεδιάζονται διάφορες διατάξεις από ευφυείς κεραίες μεταγωγής ενεργών και παρασιτικών στοιχείων που προορίζονται για εφαρμογές λήψης σήματος ψηφιακής επίγειας τηλεόρασης. Δίνεται έμφαση σε δομές που περιλαμβάνουν δύο ενεργά (γειτονικά) περιφερειακά στοιχεία με τα υπόλοιπα βραχυχκυκλωμένα, σε δομές που αποτελούνται από ένα κεντρικό σταθερό ενεργό στοιχείο που περιστοιχίζεται από ανοιχτοκυκλωμένα ή βραχυκυκλωμένα στοιχεία και στην κεραία ESPAR, όπου ένα σταθερό ενεργό στοιχείο περιστοιχίζεται από έναν δακτύλιο παθητικών στοιχείων φορτωμένων με μεταβλητά φανταστικά φορτία. Ακόμη παρατίθενται στοιχεία από τη θεωρία της μεθόδου των ροπών, η οποία χρησιμοποιείται για την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση των SPAs. Η σχεδίαση των SPAs πραγματοποιείται με τη βοήθεια της στοχαστικής τεχνικής αναζήτησης και βελτιστοποίησης των γενετικών αλγορίθμων (Genetic Algorithms, GAs), η οποία συνίσταται για την επίλυση πολυπαραμετρικών προβλημάτων. Ικανοποιούνται διάφορες σχεδιαστικές απαιτήσεις που αφορούν στη μορφή του διαγράμματος ακτινοβολίας, την τιμή του κέρδους και την αντίσταση εισόδου. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν την ευελιξία και αποτελεσματικότητα των προτεινόμενων διαδικασιών σχεδίασης. Επιπλέον γίνεται αναφορά στην κατασκευή και πειραματική μέτρηση πρωτοτύπων των προτεινόμενων ευφυών στοιχειοκεραιών μεταγωγής ενεργών και παρασιτικών στοιχείων για μια κατάσταση μεταγωγής και σε μια περίπτωση το πρωτότυπο μιας προτεινόμενης κεραίας αποτιμάται σε ένα ρεαλιστικό σενάριο λειτουργίας χρησιμοποιώντας συγκριτικά αποτελέσματα μετρήσεων από μια πιστοποιημένη ευρυζωνική κεραία αναφοράς.