Σχεδίαση Ευφυών Κεραιών Για Ασύρματα Δίκτυα Και Συστήματα Εκπομπής

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διατριβής αποτελεί η μελέτη, σχεδίαση και αξιοποίηση σε ασύρματα συστήματα επικοινωνιών ευφυών στοιχειοκεραιών διαφόρων τύπων (Switched Parasitic Arrays (SPAs), Planar Inverted F Antennas (PIFA)). Πρόκειται για τύπους 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 την εκπομπή και λήψη σήματος ασύρματων τοπικών δικτύων (WiFi, mobile WiMAX) καθώς και δικτύων κινητής τηλεφωνίας (GSM). Πιο συγκεκριμένα, όσον αφορά τα ασύρματα τοπικά δίκτυα, λαμβάνεται υπόψη το πρότυπο IEEE 802.11 που χρησιμοποιείται ευρέως και δίνεται περισσότερη έμφαση στην ανάπτυξη ευφυών κεραιοδιατάξεων με λειτουργικό εύρος ζώνης που λειτουργούν στις ζώνες συχνοτήτων του WiFi, mobile WiMAX 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 ΙΕΕΕ 802.11. Ακολούθως παρουσιάζονται τα είδη και οι αρχές λειτουργίας των ευφυών κεραιών, καθώς και τα πλεονεκτήματα που συνεπάγεται η ενσωμάτωση τους στα ασύρματα τοπικά δίκτυα. Στη συνέχεια αναπτύσσονται οι διατάξεις SPAs που μελετώνται στην παρούσα διατριβή και τονίζεται η σημασία της ηλεκτρονικής στροφής του διαγράμματος ακτινοβολίας. Σχεδιάζονται διατάξεις από ευφυείς κεραίες μεταγωγής ενεργών και παρασιτικών στοιχείων που προορίζονται για εφαρμογές λήψης σήματος WiFi, mobile WiMAX τοπικών δικτύων καθώς επίσης και κινητής τηλεφωνίας. Δίνεται έμφαση σε δομές που περιλαμβάνουν γωνιακό ανακλαστήρα με δίπολα, δύο ενεργά περιφερειακά στοιχεία με τα υπόλοιπα βραχυκυκλωμένα και σε δομές που αποτελούνται στοιχεία τύπου PIFA, ενεργά ή παρασιτικά, συμμετρικά τοποθετημένα πάνω σε αγώγιμο έδαφος. Ακόμη παρατίθενται στοιχεία από τη θεωρία της μεθόδου των ροπών, η οποία χρησιμοποιείται για την ηλεκτρομαγνητική ανάλυση των SPAs. Η σχεδίαση των κεραιοσυστημάτων 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 μιας προτεινόμενης ευφυούς στοιχειοκεραίας μεταγωγής ενεργών και παρασιτικών στοιχείων PIFA για μια κατάσταση μεταγωγής.