Date of Award

11-2020

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Electrical Engineering (MSEE)

Department

Electrical Engineering

First Advisor

Dr. Mousa Hussein

Second Advisor

Dr. Hamad Mohammed Ali Abdulla Alkhoori

Third Advisor

Dr Tayeb A. Denidni

Abstract

In this thesis, a three-dimensional multiple-input-multiple-output (MIMO) antenna is designed for wireless applications. The MIMO consists of three antennas arranged around a triangular prismatic polystyrene foam that acts as a supporting block to form a tetrahedral configuration. This system has the capability of achieving multipath propagation; it also has the potential to improve the quality and reliability of radio signals, improve the channel capacity, and increase the communication speed and data rate. A circular microstrip patch antenna with regular spikes was designed based on the Superformula- a generic formula that describes naturally occurring shapes with six parameters. Afterward, bandwidth enhancement techniques were used to improve its performance over the ultra-wideband (UWB) frequency range. The antenna was then simulated, fabricated, and tested to ensure its performance conforms to the UWB requirements. Subsequently, three similar antennas were configured around a triangular prismatic polystyrene foam to realize the MIMO, and mutual coupling reduction was incorporated. The system was simulated, fabricated, and tested. For a unit antenna, the simulated and measured |S11 (dB)| is greater than 10dB across the FCC band, the antenna shows an acceptable gain, efficiency, group delay, and radiation characteristic fulfilling the UWB requirements. The MIMO has a simulated |reflection coefficients(dB)| greater than 10dB in the entire FCC band, the inter-element isolation is greater than |15dB|, the CCL, ECC, MEG, diversity gain and TARC are acceptable for MIMO application. Our design of a miniaturized UWB circular patch antenna, a compact threedimensional MIMO with the least possible number of antennas for full 3D beam coverage that is 360 degrees in both the azimuth and the elevation, and the implementation of microstrip isolation and bandwidth enhancement techniques to boost the overall performance of the MIMO system are improvements to the state- of the- art in antenna system design for wireless applications.

Our design of a miniaturized UWB circular patch antenna, a compact three dimensional MIMO with the least possible number of antennas for full 3D beam coverage that is 360 degrees in both the azimuth and the elevation, and the implementation of microstrip isolation and bandwidth enhancement techniques to boost the overall performance of the MIMO system are improvements to the state-of the- art in antenna system design for wireless applications.

Comments

في ھذه الأطروحة، تم تصمیم ھوائي ثلاثي الأبعاد متعدد المدخلات و المخرجات (MIMO) للتطبیقات اللاسلكیة. یتكون MIMO من ثلاثة ھوائیات مرتبة حول رغوة البولیسترین المنشوریة المثلثة التي تعمل ككتلة داعمة لتشكیل تكوین رباعي السطوح. ھذا النظام لدیھ القدرة على تحقیق انتشار متعدد المسارات؛ كما أن لدیھ القدرة على تحسین جودة وموثوقیة الإشارات اللاسلكیة، وتحسین قدرة القناة، وزیادة سرعة الاتصال ومعدل البیانات. تم تصمیم ھوائي دائري microstrip patch مع مسامیر منتظمة بناءً على الصیغة الفائقة – وھي صیغة عامة مع ستة معلمات تصف الأشكال التي تحدث بشكل طبیعي. بعد ذلك، تم استخدام العدید من تقنیات تحسین عرض النطاق لتحسین أدائھا عبر مدى تردد . UWB ثم تمت محاكاة الھوائي وتصنیعھ واختباره للتأكد من أن أدائھ مثل عرض نطاق المقاومة والكسب والكفاءة وخصائص الإشعاع وما إلى ذلك یتوافق مع متطلبات النطاق العریض للغایة. بعد ذلك، تم تكوین ثلاثة ھوائیات مماثلة حول رغوة بولیسترین موشوریة ثلاثیة لتحقیق MIMO وتم دمج تقلیل الاقتران المتبادل. تمت محاكاة النظام وتصنیعھ واختباره للتأكد من أنھ مناسب لتطبیق. MIMO بالنسبة لھوائي الوحدة، و تمت محاكاة و قیاس S₁₁ | (یسیبل) | و وجد أنھ أكبر من 10 dB عبر نطاق FCC ، یظُھر الھوائي كسباً مقبولًا وكفاءة وتأخیرًا للمجموعة وخصائص إشعاع تلبي متطلبات. UWB یحتوي MIMO على معاملات الانعكاس المحاكیة (دیسیبل) | أكبر من 10 دیسیبل في نطاق FCC بأكملھ، تكون العزلة بین العناصر أكبر من ،|15dB ،CCL ، ECC و MEG وكسب التنوع و TARC مقبولة لتطبیق MIMO

إن تصمیمنا لھوائي التصحیح الدائري UWB المصغر، وھو MIMO ثلاثي الأبعاد مع أقل عدد ممكن من الھوائیات لتغطیة الحزمة ثلاثیة الأبعاد الكاملة التي تبلغ 360 درجة في كل من السمت والارتفاع ، وتنفیذ تقنیات عزل microstrip وتعزیز عرض النطاق الترددي لتعزیز الأداء العام لنظام MIMO ھي تحسینات على أحدث طراز في تصمیم نظام الھوائي للتطبیقات اللاسلكیة.

Download

Included in

Engineering Commons

Share

COinS