Date of Award

4-2021

Document Type

Dissertation

Degree Name

Doctor of Philosophy (PhD)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Mahmoud F. Al Ahmad

Second Advisor

Dr. Falah Awwad

Abstract

Recent development in communication technologies shifts the communication paradigm from point to point to multi-user wireless systems. These developments eased the use of mobile telephone, satellite services, 5G cellular, smart application, and the

Internet of Things. The proliferation of mobile devices has necessitated an elaborate mechanism to serve multiple users over a shared communication medium, and a multiplexing approach is introduced to serve this purpose. Multiplexing refers to a method that aims at combining multiple signals into one signal such that each user would be able to extract its desired data upon receiving the multiplexed signal. This spectrum sharing allows wireless operators to maximize the use of their spectrum to accommodate a large number of users over fewer channels. In Space applications, where sensors like temperature, attitude, IR, Magnetic, etc. send information using antennas operate at a different frequency, there is a need to collect all or some of these data using a single device. A wideband antenna requires a filtering process in order to remove unwanted signals that lead to a complex circuit design. Furthermore, the use of multiple antennas ends up with a larger size and additional complexity. Therefore, the tunable antenna is an excellent candidate which provides a perfect solution for such scenarios. A tunable antenna whose frequency characteristics shifted by applying tuning action can be used to operate as a multiplexing device that can collect signals from different surrounding antennas; each operates at a fixed frequency. A system architecture for wireless multiplexing using a tunable antenna is proposed in this project. An electronically tunable antenna using varactor diode as a tuning element is used as the multiplexing device that can collect signals from different surrounding antennas. The system consists of an RF front end and a control circuit/system for wireless multiplexing. The RF front end consists of a tunable antenna, tunable phase shifter, tunable bandpass filter, low noise amplifier, mixer, voltage-controlled oscillator, and an intermediate frequency filter. The control unit comprises a microcontroller, DAC, CMOS oscillator, power module, and a USB interface for communication with custom-built software installed on a PC. The device has functions for control, digital signal processing, and de-multiplexing. The device is fed with an input multiplexed signal, and the de-multiplexed output signals are extracted and displayed on the graphical user interface of the software. Due to the reconfigurability and programmability of the device, it presents a flexible, cost-effective solution for a variety of real-world applications.

Comments

أدى التطور الأخير في تقنيات الاتصالات إلى تحويل نموذج الاتصال من نقطة إلى أخرى إلى نظام لاسلكي متعدد المستخدمين. سهلت هذه التطورات استخدام الهاتف المحمول، وخدمات الأقمار الصناعية، والجيل الخامس والتطبيقات الذكية، وإنترنت الأشياء. استلزم تكاثر الأجهزة المحمولة آلية معقدة لخدمة مستخدمين متعددين عبر وسيط اتصال مشترك، وتم تقديم نهج تعدد الإرسال لخدمة هذا الغرض. يشير تعدد الإرسال إلى طريقة تهدف إلى الجمع بين إشارات متعددة في إشارة واحدة بحيث يكون كل مستخدم قادرًا على استخراج البيانات المطلوبة عند استقبال الإشارة متعددة الإرسال. يسمح تقاسم الطيف هذا لمشغلي الشبكات اللاسلكية بتعظيم استخدام الطيف الخاص بهم لاستيعاب عدد كبير من المستخدمين عبر عدد أقل من القنوات. في التطبيقات الفضائية، حيث ترسل أجهزة الاستشعار مثل درجة الحرارة، والموقف، والأشعة تحت الحمراء، والمغناطيسية، وما إلى ذلك معلومات باستخدام هوائيات تعمل بتردد مختلف، هناك حاجة لجمع كل هذه البيانات أو بعضها باستخدام جهاز واحد. يتطلب هوائي النطاق العريض عملية ترشيح لإزالة الإشارات غير المرغوب فيها التي تؤدي إلى تصميم دائرة معقدة. علاوة على ذلك، فإن استخدام هوائي متعدد ينتهي بحجم أكبر وتعقيد إضافي. لذلك، يعد الهوائي القابل للضبط مرشحًا ممتازًا يوفر حلاً مثاليًا لمثل هذه السيناريوهات. يمكن استخدام الهوائي القابل للضبط الذي تغير خصائص تردده من خلال تطبيق إجراء التوليف للعمل كجهاز تعدد إرسال يمكنه تجميع الإشارات من الهوائيات المحيطة المختلفة؛ كل يعمل بتردد ثابت. تم اقتراح بنية نظام لتعدد الإرسال اللاسلكي باستخدام هوائي مضبوط في هذا المشروع. هوائي قابل للضبط إلكترونيًا يستخدم الصمام الثنائي المتغير كعنصر ضبط يُستخدم كجهاز تعدد إرسال يمكنه جمع الإشارات من الهوائيات المحيطة المختلفة. يتكون النظام من واجهة (RF) الأمامية ودائرة / نظام تحكم لتعدد الإرسال اللاسلكي. تتكون الواجهة الأمامية للتردد اللاسلكي من هوائي مضبوط، ومبدل طور قابل للضبط، ومرشح تمرير نطاق قابل للضبط، ومضخم منخفض الضوضاء، وخلاط، ومذبذب متحكم في الجهد، ومرشح تردد وسيط. تتكون وحدة التحكم من متحكم دقيق و (DAC) ومذبذب (CMOS) ووحدة طاقة وواجهة (USB) للاتصال ببرنامج مصمم خصيصًا مثبتًا على جهاز كمبيوتر. يحتوي الجهاز على وظائف للتحكم ومعالجة الإشارات الرقمية وإلغاء الإرسال المتعدد. يتم تغذية الجهاز بإشارة مدخلات متعددة، ويتم استخراج إشارات الإخراج غير المضاعفة وعرضها على واجهة المستخدم الرسومية للبرنامج. نظرًا لإعادة تكوين الجهاز وإمكانية برمجته ، فإنه يقدم حلاً مرنًا وفعالًا من حيث التكلفة لمجموعة متنوعة من تطبيقات العالم الحقيقي.

Download

Included in

Engineering Commons

Share

COinS