Disseny d’una pantalla bidireccional AMC per a un sistema compacte d’antenes a 2.45 GHz

Abstract

Les altes exigències dels recents sistemes de comunicació sense fils fan abocar gran part dels esforços al disseny i desenvolupament de les antenes, sobretot a l’hora de cobrir alguns dels principals requeriments d’un terminal mòbil com són la compactabilitat, lleugeresa i eficiència energètica. Actualment, molts dispositius mòbils incorporen sistemes de múltiples antenes (MIMO) per a la transmissió i recepció dels senyals. Els sistemes MIMO intenten treure profit de la diversitat espacial que, mitjançant la combinació dels múltiples senyals rebuts per les diferents antenes, aconsegueix millorar la qualitat final del senyal rebut al receptor de comunicacions, i en definitiva, augmentar la capacitat total del sistema. Tot i això, el rendiment dels sistemes MIMO es veu directament degradat per l’efecte de l’acoblament entre les antenes [1]. Habitualment, la solució adoptada és espaiar físicament les antenes fins a una distància mínima de /2 (moltes vegades fins a ) amb la finalitat d’aconseguir desacoblar els seus elements. No obstant, si volem dissenyar un sistema d’antenes compacte cal situar els elements a distàncies menors de /2, amb la conseqüent degradació del rendiment produïda per l’efecte dels acoblaments. Per a desacoblar antenes molt properes s’ha utilitzat diversos mètodes. Tot i això s’ha observat que encara existeix la tendència de separar físicament les antenes dels dispositius tant com sigui possible. Aquesta tendència es contradiu directament amb l’interès creixent en la realització de sistemes d’antenes compactes. A [30] es va realitzar un experiment on es demostrava que per una xarxa mesh, composta per 3 nodes Wi-Fi IEEE 802.11b amb dues antenes cadascun, a mesura que s’incrementava la separació entre les antenes del node intermedi, la capacitat del sistema augmentava linealment. Les conclusions reportades a la memòria del document indicaven separar les antenes un mínim de 25 cm (22.45GHz) per obtenir resultats fiables en la mesura de la capacitat del sistema (en bits per segon). En aquest Projecte Final de Carrera s’ha dissenyat, simulat, fabricat i testejat una pantalla reflectora bidireccional AMC (Artificial Magnetic Conductor) composta per ressonadors magnètics en espiral i tires laterals addicionals per a la realització d’un sistema d’antenes compacte. Hem proposat tres noves variacions al disseny original de ressonador en espiral introduït a [4] per aconseguir un important increment de l’aïllament mentre es preservava la condició PMC (Perfect Magnetic Conductor) a la freqüència desitjada (2.45 GHz). Utilitzant tècniques estàndards de foto-impressió, s’ha fabricat un prototipus de la nova pantalla AMC dissenyada per tal de decorrelar un sistema de dues antenes monopol obtenint un gran rendiment electromagnètic en termes de paràmetres S (adaptació de les antenes per un ampla de banda estès i màxim aïllament centrat dins la banda d’interès), paràmetres C de correlació, eficiència i diagrames de radiació. El rendiment de la pantalla reflectora bidireccional AMC s’ha avaluat per a la realització d’un sistema d’antenes compacte per a una aplicació Wi-Fi comercial. S’ha demostrat que és possible reduir la distància i el volum existent entre dues antenes d’un node wireless mentre es maximitzava la capacitat final de transmissió del sistema. El disseny realitzat pot ser útil per a la miniaturització i compactació de sistemes multi-antena que operin a 2.45 GHz, així com també de dispositius a altres freqüències realitzant una oportuna adaptació.