Integration von Mehrantennensystemen in kleinen mobilen Endgeräten auf Basis der Theorie der Charakteristischen Moden
Final Report Abstract
Zukünftige mobile Kommunikationssysteme verwenden die MIMO (Multiple Input Multiple Output) Technologie, um die räumliche Effizienz des Übertragungskanals zu steigern und somit höhere Datenraten zu ermöglichen. Die damit verbundene Implementierung von Mehrantennensystemen stellt insbesondere in kleinen Endgeräten eine große Herausforderung dar. Zum einen erfordert eine Vielzahl von Antennen zusätzlichen Platz in den ohnehin vom Streben nach hoher Integrationsdichte getriebenen Geräten. Zum anderen müssen die Einzelstrahler bei der Verwendung üblicher Konzepte möglichst weit voneinander im Gerät platziert werden. Zudem sollen Sie hinsichtlich ihrer Polarisation und ihres Richtdiagramms möglichst verschieden sein. Gerade die letzte Forderung lässt sich gegenwärtig nur schwer realisieren, da alle Antennen dieselbe elektrische Bezugsplattform, - das Chassis des Endgeräts -, verwenden müssen. In diesem Projekt wurde die Theorie der Charakteristischen Moden verfolgt, die es grundsätzlich ermöglicht, orthogonale Moden der Stromdichteverteilung auf dem Chassis selbst als Mehrantennensystem zu verwenden. Eine wesentliche Herausforderung war die Entwicklung geeigneter Koppelstrukturen mit denen mehrere dieser Moden auf der gewählten Plattform unabhängig voneinander angeregt werden können. Hierbei wurden kapazitive und induktive Koppelkonzepte für die selektive Einkopplung der Charakteristischen Moden verfolgt und verglichen. Eine Rekonstruktion der resultierenden Richtcharakteristiken machte es möglich Rückschlüssen auf die gezielte Einkopplung der Moden und deren Leistungsbudget zu geben. Um eine direkte Einkopplung der verschiedenen Konzepte zu verfolgen, wurden verschiedene Speisenetzwerke entwickelt und evaluiert, welche Leistungsteiler und Anpassnetzwerke an den Fusspunkten der Koppler beinhalteten. In den oben gezeigten Ergebnissen konnte der direkte Bezug der Charakteristischen Moden zu einer geringen Korrelationen der Übertragungsfunktionen in Mehrantennensystemen gezeigt werden. Zur Entwicklung von Mehrband- und Breitbandantennen wurden Koppelkonzepte zur gemeinsamen Ankopplung mehrerer Moden entwickelt. Die konnten unter Verwendung von Anpassnetzwerken platzeffizient aufgebaut werden. Die Ergebnisse dieses Projektes zeigen, dass mittels Charakteristischer Moden platzeffiziente Mehrantennensystem durch die Ankopplung des Chassis selbst realisiert werden können. Zudem erwies sich die Theorie der Charakteristischen Moden selbst als hilfreiches Analyse- und Syntheseinstrument zur Entwicklung integrierter Antennensysteme. Hierdurch entsteht auch für weitere Forschungsprojekte ein hohes Anknüpfungspotential.
Publications
- "A Concept for MIMO Antennas on Small Terminals Based on Characteristic Modes", In Antenna Technology (iWAT), International Workshop on., March 2011. , pp. 17 -20
Manteuffel, D., and Martens, R.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/IWAT.2011.5752386) - "Inductive and capacitive excitation of the characteristic modes of small terminals", In Antennas and Propagation Conference (LAPC), Loughborough, Nov. 2011, pp. 1 -4
Martens, R., Safin, E., and Manteuffel, D.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/LAPC.2011.6114141) - "A Feed Network for the Selective Excitation of Specific Characteristic Modes on Small Terminals", In Antennas and Propagation (EUCAP), 6th European Conference on., March, 2012, pp. 1842 -1846
Martens, R. and Manteuffel, D.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/EuCAP.2012.6205813) - "Modal Source Reconstruction Based on Radiated Far-Field for Antenna Design", In Antennas and Propagation (EUCAP), 6th European Conference on., March, 2012, pp. 1645 -1649. (3th best paper price)
Safin, E., Martens, R. and Manteuffel, D.
(See online at https://dx.doi.org/10.1109/EuCAP.2012.6205814) - "Small Terminal Multi- Antenna System Based on Two Different Types of Non-Resonant Coupling Elements", COST IC1102, 4. WG Meeting & Technical Workshop 2013, Ghent, Sept. 2013
Martens, R., Holopainen, J., Safin, E., and Manteuffel, D.
- "Systematic Design Method of a Mobile Multiple Antenna System Using the Theory of Characteristic Modes," IET Microwaves, Antennas & Propagation, Volume 8, Issue 12, 16. Sept. 2014, pp. 887 – 893
Martens, R. and Manteuffel, D.
(See online at https://dx.doi.org/10.1049/iet-map.2013.0534)
