Anteny terminalowe systemów komunikacji mobilnej - wybrane metody analizy Jelenia Góra

Współczesne systemy komunikacji osobistej wykorzystują telefony komo... (GSM, UMTS}, komputery osobiste (WLAN), krótkozasięgowe systemy łączności (Bluetooth, RFID, HomeRF), systemy szerokopasmowe WiMax, systemy nawigacji satelitarnej (GPS), które towarzyszą człowiekowi w życiu codziennym w różnych konfiguracjach połączeń bez użycia kabli. W miarę pojawiania się nowych standardów łączności bezprzewodowej następuje modyfikacja wielosystemowych terminali przenośnych systemów komunikacji mobilnej. W książce przedstawiono podstawowe założenia i ograniczenia budowy małych anten terminalowych, spełniających wymagania współczesnych systemów. Przedstawiono teorię małych anten, metody analizy i projektowania wspomagane komputerowo z użyciem kodów opracowanych przez autora i komercyjnych narzędzi obliczeniowych opracowanych na podstawie sformułowanych warunków granicznych elektromagnetyzmu i rozwiązania numeryczne metodą momentów, MoM, lub z zastosowaniem metody elementów skończonych w dziedzinie czasu, FDTD. Autor zajmujący się tą dziedziną od ponad dwóch dekad, w ramach prowadzonych badań na Politechnice Wrocławskiej, ujął w sposób kompleksowy zagadnienia związane z wykorzystaniem małych objętości na zaim-plementowanie wielosystemowych anten w terminalach przenośnych systemów komunikacji osobistej. Wykorzystał współczesne narzędzia obliczeniowe elektromagnetyzmu do wszechstronnej analizy małych anten umieszczonych na terminalu mobilnym pracującym w bliskiej obecności operatora, czyli w warunkach zbliżonych do rzeczywistych. Pokazał wpływ promieniowania elektromagnetycznego (SAR) na operatora w zależności od typu anteny i konfiguracji na terminalu. Przedstawiony materiał będzie interesującym przewodnikiem zarówno dla studentów w ramach kursów anteny i systemy komunikacji ruchowej, jak i dla praktykujących inżynierów pragnących poszerzyć swoją wiedzę w tej dziedzinie. Spis treści: 1. Wstęp 2. Specyfika terminali systemów radiokomunikacji ruchowej 2.1. Systemy przywoławcze 2.2. Systemy telefonii bezprzewodowej 2.3. Systemy trankingowe 2.4. Systemy komórkowe 2.5. Systemy radiowego dostępu do lokalnych sieci komputerowych WLAN 2.6. System krótkozasięgowy Bluetooth 2.7. Systemy identyfikacji radiowej RFID 2.8. Sieci tworzone w obszarze użytkownika BAN 2.9. Satelitarne systemy komunikacji osobistej 2.10. Klasyfikacja terminali doręcznych systemów komunikacji ruchowej 3. Charakterystyka anten terminalowych 3.1. Systematyka anten terminalowych 3.2. Sposoby miniaturyzacji anten 3.3. Małe elektrycznie anteny wielozakresowe 3.3.1. Określenie anteny małej elektrycznie 3.4. Podstawowe parametry anten 3.4.1. Impedancja, sprawność, WFS i zysk energetyczny 3.4.2. Pasmo i współczynnik dobroci 3.5. Podstawowe ograniczenia małych anten 3.5.1. Maksymalny zysk energetyczny małych anten 3.5.2. Dwa typy anten z polaryzacją CP 3.5.3. Minimalna dobroć małych anten 3.6. Kryteria wyboru rodzaju anteny terminalowej 4. Metody obliczeniowe elektromagnetyzmu 4.1. Metoda macierzy linii transmisyjnej 4.2. Metoda dopasowania rodzajów 4.3. Metoda rezonansów poprzecznych 4.4. Metoda linii 4.5. Metoda uogólnionych macierzy rozproszenia 4.6. Metoda różnic skończonych 4.7. Metoda elementów skończonych 4.8. Metoda równań całkowych 4.9. Metoda momentów MoM i metoda Galerkina 4.10. Metoda spektralna 4.11. Model równoważnego falowodu 4.12. Model równoważnego układu planarnego 4.13. Metody analizy anten terminali mobilnych 5. Zastosowania metod elektromagnetyzmu obliczeniowego 5.1. Zastępczy model transmisyjny anteny mikropaskowej 5.1.1. Admitancja wejściowa anteny mikropaskowej 5.1.2. Admitancja własna szczelin promieniujących 5.1.3. Admitancja wzajemna szczelin promieniujących 5.1.4. Impedancja wejściowa anteny mikropaskowej pobudzanej rodzajem podstawowym TMio lub TMQ] 5.1.5. Szerokopasmowy zastępczy model transmisyjny anteny mikropaskowej 5.1.6. Przykłady obliczeń parametrów anteny 5.1.7. Wpływ błędów wykonania anteny drukowanej na dokładność wyznaczenia częstotliwości rezonansowej 5.2. Zastępczy model wnękowy anteny mikropaskowej 5.2.1. Rozwinięcie pola w rezonantorze wnękowym na rodzaje 5.2.2. Pole elektromagnetyczne we wnęce rezonansowej 5.2.3. Impedancja wejściowa anteny mikropaskowej 5.2.4. Częstotliwość rezonansowa anteny mikropaskowej 5.2.5. Wyznaczenie częstotliwości rezonansowej i impedancji wejściowej anteny mikropaskowej metodą sumowania strat 5.2.6. Częstotliwość rezonansowa anteny mikropaskowej dla rodzajów wyższych rzędów TMmn 5.2.7. Wyniki obliczeń i pomiarów częstotliwości rezonansowej i Impedancji wejściowej anten mikropaskowych 5.2.8. Charakterystyki promieniowania anteny mikropaskowej dla rodzaju podstawowego TMio 5.3. Analiza anteny pierścieniowej metodą segmentacji/desegmentacji 5.3.1. Metoda wieloportowa 5.3.2. Określenie parametrów anteny pierścieniowej 5.3.3. Metoda segmentacji 5.3.4. Algorytm wyznaczania macierzy impedancji anteny 5.3.5. Przykład zastosowania metody wieloportowej i desegmentacji 5.4. Modelowanie anten mikropaskowych zasilanych przez aperturę 5.4.1. Sprzężenie rezonatora przez aperturę 5.4.2. Rozwinięcie pola EM w linii zasilającej na rodzaje 5.4.3. Sprzężenie linii zasilającej przez aperturę 5.4.4. Wyznaczenie pola EM w obszarze I 5.4.5. Wyznaczenie pola EM w obszarze II 5.4.6. Określenie składowych pola EM w rezonatorach anteny i w linii zasilającej 5.4.7. Model obwodowy anteny zasilanej przez aperturę 5.4.8. Przykłady obliczeń i pomiarów 5.5. Zastosowanie komercyjnych programów komputerowych do analizy i projektowania współczesnych anten terminalowych 5.5.1. Analizowane anteny terminali przenośnych 5.5.2. Analiza anten odosobnionych 5.5.3. Modelowanie anten umieszczonych na terminalach radiokomunikacji ruchowej 5.5.4. Narażenia elektromagnetyczne użytkowników terminali 5.5.5. Modele EM ręki i głowy człowieka 5.5.6. Parametry polowe anten 5.5.7. Rozkład współczynnika SAR w głowie i ręce operatora