Design of multi-antenna systems for diversity and MIMO techniques : applications to small communicating devices
Conception de systèmes multi-antennaires pour techniques de diversité et MIMO : application aux petits objets nomades communicants
Résumé
The transmission demand for increasing data rate becomes more and more important with the development of new services in radio communication networks. To answer to this demand, one solution consists in increasing the transmission capacity of the radio channel between the base station and the handset terminal. This can be realized by increasing the number of radiating elements involved in the transmission and the reception of this radio link: we talk about MIMO (Multiple Input Multiple Output) technique. The work realized in this thesis concerns mainly design, optimization and characterization of multi-antenna systems for MIMO and diversity techniques in LTE (Long Term Evolution) bands. Three multi bands prototypes are proposed whose two planar systems and one compact IFAs antennas system. News multiband solution and antenna position influence on the PCB were studied to realize spatial, polarization and pattern diversity with low correlation between received signals on each antenna and a good efficiency. The neutralization line was used for antennas isolation and its application in multiband was realized. The antenna load impedance has been studied with Youla & Carlin method in order to improve the frequency bandwidth of the compact IFA structure. Diversity and MIMO performances of these systems were evaluated in different propagation environments. They show that these systems can be effectively used for diversity and MIMO application.
La demande de transmissions à débits de plus en plus élevés s’accentue davantage avec l’essor de nouveaux services dans les réseaux de communication sans fils. Pour répondre à cette demande, une solution consiste à augmenter la capacité de transmission du canal radiofréquence entre la station de base et le terminal portatif. Ceci peut être réalisé en augmentant le nombre d’éléments rayonnant impliqués à l’émission et à la réception de cette liaison radiofréquence : on parle alors de technique MIMO (Multiple Input, Multiple Output). Cette thèse porte principalement sur la conception, l’optimisation et la caractérisation de systèmes multi-antennaires pour techniques de diversité et MIMO en bandes LTE (Long Term Evolution). Trois prototypes multi-bandes sont proposés dont deux systèmes planaires et un système d’antennes IFAs compactes. De nouvelles solutions multi-bandes et l’influence de la position de l’antenne sur le plan de masse sont étudiées pour réaliser de la diversité spatiale, de polarisation et de diagramme de rayonnement avec une faible corrélation entre les signaux reçus sur chaque antenne mais surtout une bonne efficacité totale. Une ligne de neutralisation est utilisée pour isoler les antennes et un fonctionnement multi-bande est réalisé. L’impédance d’entrée des antennes est étudiée avec la méthode de Youla & Carlin afin d’améliorer la bande passante de la structure compacte de type IFA. Les performances en diversité et en MIMO de ces systèmes sont évaluées dans différents environnements de propagation. Elles montrent que ces systèmes peuvent être utilisés efficacement pour des applications en diversité et MIMO.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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