Diversity antennas for wireless LAN and mobile communication handsets
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
High signal to noise ratio (SNR) levels are required to provide high data rate transmission for the next generation of mobile and wireless devices. In order to provide high SNR and to cope with the environmental impacts on the data transmission, diversity techniques are used. This thesis investigates the performance enhancement that can be delivered by including more antennas in the system. The performance enhancement is dependent on the characteristics of the antennas and on the wave propagation environment. Different mobile propagation channels are investigated and a fading simulator is improved. The fading simulator is combined with the spherical models for the field angle of arrivals to be able to calculate the performance of wireless terminals with multiple antennas. The verification of the computations is performed by measurements conducted in Supelec reverberation chamber. Furthermore, the statistical characteristics of the multipath fading signals in the reverberation chamber are investigated in detail. Using the proposed methods, the antenna diversity performance enhancements in relation to the relative displacement and orientation of the antennas and various spherical field models are studied. Furthermore the gain improvements for the channels with correlated signals and unbalanced powers are investigated. Antenna diversity is studied for two parallel dipole antennas in relation to the separation distance by the simulations and measurements in reverberation chamber. Radiation pattern phase diversity is depicted for the coupled antennas. A simple and compact mobile phone antenna diversity system is developed and the performance including phantom human head model is investigated through mean effective gain, signals correlation coefficient and diversity gain. Four different and compact antenna diversity systems are designed, simulated and manufactured for wireless LAN applications. The antennas make use of polarization, pattern and phase diversities for signals reception in multipath channels. The performance enhancement of the antenna systems are explored by the simulations and the measurements.
Abstract FR:
Des niveaux élevés du rapport signal/bruit (SNR) sont nécessaires pour obtenir une bonne qualité de service et de hauts débits pour les nouvelles générations de téléphones mobiles (3G, 3,5 G) et pour les réseaux locaux sans fil (WiFi IEEE 802. 11b/g/a). Afin d'améliorer le SNR et de faire face aux effets de l'environnement (trajets multiples, diffraction, brouillages) sur la transmission de données, il est possible d'appliquer aux systèmes de radiocommunications, des techniques de diversité. Cette thèse vise à approfondir les techniques de diversité appliquées aux mobiles de radiotéléphonie et aux modules de réseaux locaux radioélectriques et à montrer les possibilités d'amélioration de ces techniques en incluant plusieurs antennes dans le système. L'amélioration apportée par la diversité va dépendre très fortement des caractéristiques des antennes utilisées et de l'environnement électromagnétique. Au préalable, il est nécessaire de caractériser la propagation mobile : pour cela, différents canaux mobiles de propagation sont étudiés et un simulateur de fading (trajets multiples) est développé. Le simulateur de fading est combiné à une modélisation des angles d'arrivée (AoA) afin de pouvoir calculer les performances des terminaux radio incorporant de multiples antennes. La vérification de l'approche théorique est effectuée grâce à des mesures réalisées dans la chambre réverbérante de Supelec. De plus, les caractéristiques statistiques des signaux dus aux trajets multiples dans la chambre réverbérante sont étudiées en détail. En utilisant les méthodes proposées, les améliorations apportées par les techniques de diversité d'antenne sont étudiés, en mettant l'accent sur le gain de diversité. La diversité d'antenne est étudiée dans un premier temps, pour deux antennes dipôles parallèles en fonction de la distance de séparation de ces antennes, et validée ensuite par les simulations et les mesures conduites dans la chambre réverbérante de Supelec. La diversité de phase et du diagramme de rayonnement est identifiée et calculée pour des antennes proches. En fonction de ces résultats, un système simple et compact de diversité d'antenne de téléphone mobile est réalisé. Ses performances prenant en compte le modèle humain de fantôme (SAM) sont analysées à travers, entre autres, deux paramètres fondamentaux dans ce type d'étude : le coefficient de corrélation des signaux incidents et le gain efficace moyen de diversité (MEG). Finalement, quatre systèmes compacts différents de diversité d'antenne ont été conçus, simulés et réalisés pour des applications de réseaux locaux sans fil (WLAN). Les antennes considérées ici utilisent la diversité de polarisation, de diagramme de rayonnement et de phase en vue de l'amélioration de la qualité de réception du signal en présence de trajets multiples. L'efficacité de la diversité est vérifiée par des simulations électromagnétiques et par des mesures.