Tiểu luận nghiên cứu và phát triển anten MIMO cho các thiết bị đầu cuối di động thế hệ mới

xvii MỞ ĐẦU Kỹ thuật MIMO hệ thống đa anten Trong năm gần đây, hệ thống đa anten sử dụng nhiều phần tử xạ phía phát phía thu hay cịn gọi anten MIMO ứng dụng phổ biến hệ thống thông tin Khi thông tin xử lý chuyển thành sóng điện từ truyền khơng gian có suy giảm tín hiệu gây khí quyển, tượng pha đinh nhiễu làm thay đổi chất lượng tốc độ truyền liệu mạng thông tin Thông thường, để nâng cao tốc độ truyền liệu u cầu hệ thống thơng tin phải có băng thơng lớn điều bị hạn chế dải tần số tài nguyên khan Ngồi ra, muốn chất lượng tín hiệu cải thiện giảm ảnh hưởng pha đinh máy phát phải đạt công suất đủ lớn tăng kích thước anten để tăng cơng suất xạ Tuy nhiên, thiết bị di động cầm tay điện thoại di động, thiết bị PDA, USB Dongle, có kích thước nhỏ gọn khơng thể áp dụng phương pháp Như ta biết, hệ thống MIMO sử dụng đa anten có khả chống lại tượng pha đinh nhiều tia hệ thống thông tin vô tuyến nhờ chức truyền liệu từ nhiều anten phát đồng thời nhận liệu từ nhiều anten thu [25, 106] Dữ liệu từ nhiều anten phát theo đường khác tới máy thu làm tăng hội cho phía thu chọn được tín hiệu tốt hơn; việc phát nhiều luồng liệu song song từ anten phát giúp tăng tốc độ truyền liệu Chính vậy, hệ thống MIMO sử dụng đa anten xem giải pháp hữu hiệu để chống lại tác động truyền tín hiệu đa đường nhằm tăng độ tin cậy thông tin liên lạc khơng dây Quan trọng hơn, tận dụng lợi truyền đa đường giúp tăng tốc độ truyền liệu trì công suất phát [67, 90] Thế hệ di động thứ (1G) thứ hai (2G) đời vào năm 1980 phục vụ cho mục đích chủ yếu truyền tín hiệu thoại Các hệ di động hệ thứ ba (3G - đời khoảng năm 2006) thứ (4G – đời khoảng năm 2011), triển khai cho thấy gia tăng đáng kể tốc độ truyền liệu, cung cấp dịch vụ truyền dẫn video thời gian thực, truyền hình quảng bá độ phân giải cao,… Nhu cầu triển khai hệ thống thông tin vô tuyến hệ (4G, 5G, WLAN 802.11n, WLAN 802.11ad, WiMAX, WPAN,…) với khả truyền tải tốc độ cao hơn, độ tin cậy lớn hơn, độ trễ thấp hơn, trở nên ngày cấp thiết Theo đó, việc thiết kế, tối ưu hố chế tạo anten MIMO sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến hệ trở thành đề tài thu hút nhiều nhà nghiên cứu Trong anten MIMO, yêu cầu tần số cộng hưởng, dạng đồ thị xạ,…các phần tử anten thiết kế phải đảm bảo tính tương hỗ chúng nhỏ −15 dB [82] xviii Thông thường, để đạt yêu cầu này, phần tử anten cần đặt cách nửa bước sóng tần số hoạt động thấp Tuy nhiên, điều khiến cho kích thước anten MIMO tăng lên đáng kể dẫn đến làm tăng kích thước thiết bị đầu cuối Bên cạnh đó, người sử dụng ln địi hỏi phải có thiết bị đầu cuối khơng dây có khả tích hợp đa dịch vụ, đa tiêu chuẩn kết nối (thoại, Internet, định vị, kết nối Bluetooth,…) dẫn đến yêu cầu thiết bị thu phát vơ tuyến phải có khả hoạt động đa băng tần băng thông rộng để hỗ trợ đồng thời nhiều chuẩn cơng nghệ Từ đó, vấn đề nghiên cứu thiết kế anten MIMO cho hệ thống thơng tin vơ tuyến hệ có kích thước nhỏ gọn, có độ tăng ích phù hợp mà khơng cần tăng kích thước anten, vừa có khả hoạt động đa băng tần băng thông rộng vừa đảm bảo độ hệ số cách ly phần tử anten nhu cầu cấp thiết Do đó, thời gian gần có nhiều nghiên cứu đề xuất mơ hình anten MIMO sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến hệ thiết kế cho điện thoại di động, thiết bị cầm tay di động, cho thiết bị cá nhân PDA, Laptop (máy tính xách tay), ứng dụng USB Dongle, hoạt động đa băng tần băng thơng rộng Bên cạnh đó, nhiều giải pháp giảm ảnh hưởng tương hỗ nghiên cứu phát triển nhằm nâng cao cách ly anten thành phần anten MIMO song song với việc sử dụng kỹ thuật giảm kích thước tổng thể anten Hiện nay, nghiên cứu anten MIMO sử dụng công nghệ mạch in phát triển nhờ ưu điểm kích thước nhỏ gọn, dễ chế tạo, giá thành thấp Ảnh hưởng tương hỗ phần tử xạ anten MIMO sử dụng công nghệ mạch in gây số nguyên nhân, chủ yếu ảnh hưởng dòng điện mặt, ảnh hưởng trường xạ khu gần [34, 67] Các nghiên cứu thiết kế giảm ảnh hưởng tương hỗ anten MIMO sử dụng công nghệ mạch in chia thành hướng sau:  Nghiên cứu thiết kế anten MIMO cho điện thoại di động Các anten giới hạn kích thước đế điện môi tiêu chuẩn 100x50 mm2 với điện thoại thường với điện thoại di động thông minh 120x60mm2 Anten MIMO cho điện thoại di động dạng đơn băng tần [10, 17, 16, 46, 53, 100, 107] đa băng tần [31, 33, 56, 59, 60, 83, 84, 104, 103] hỗ trợ cho băng tần phổ biến LTE (700, 1800, 2100, 2600 MHz,…), UMTS (2100 MHz), WLAN (2400, 5200 MHz), WiMAX (2300, 3500 MHz) Thách thức thiết kế anten MIMO cho điện thoại di động không gian thiết kế hạn chế ảnh hưởng tương hỗ lớn phần tử anten Do phần lớn mơ hình sử dụng anten dạng PIFA anten đơn cực, cấu trúc anten dạng gập xoắn hay anten sử dụng nguyên lý cấu trúc siêu vật liệu điện từ Các kỹ thuật để giảm thiểu tương hỗ ứng dụng đa dạng gồm kỹ thuật sử dụng phần tử ký sinh, sử dụng cấu trúc mặt đế không hoàn hảo (DGS), sử dụng mạng cách ly đường trung tính  Nghiên cứu thiết kế anten MIMO cho thiết bị di động cầm tay (PDA) máy tính xách tay (Laptop) hay thiết bị khơng dây nói chung khác [4, 41, 71, 72, 75, 80, 85, xix 93, 97, 98] Các thiết kế dạng đơn băng đa băng tần sử dụng kỹ thuật tăng cường cách ly cách đặt hướng anten thành phần vng góc với nhau, đồng thời kết hợp với kỹ thuật cách ly khác đường trung tính phần tử ký sinh  Nghiên cứu thiết kế anten MIMO cho thiết bị USB Dongle (Universal Serial Bus) [15, 30, 43, 64, 88, 101] Do không gian USB thường bị giới hạn phạm vi kích thước 70x 30mm2 nên thiết kế anten thường anten đơn cực dạng gập, xoắn ốc anten PIFA đặt góc cạnh đế điện mơi Kỹ thuật đường trung tính, phần tử ký sinh mạng cách ly thường sử dụng để giảm tương hỗ anten MIMO  Nghiên cứu thiết kế anten MIMO băng thông siêu rộng (UWB) cho thiết bị di động cầm tay [27, 49, 47, 52, 55, 57, 58, 69, 70, 76, 81, 96, 102] Các anten loại phần lớn sử dụng kỹ thuật phần tử ký sinh để giảm ảnh hưởng tương hỗ phần tử, số kết hợp sử dụng phần tử ký sinh với kỹ thuật cấu trúc mặt phẳng đế khơng hồn hảo kết hợp với phương pháp tiếp điện sử dụng ống dẫn sóng đồng phẳng vừa để tăng băng thông vừa để cải thiện hệ số cách ly Nhìn chung, nghiên cứu tập trung vào đề xuất, phát triển cấu trúc anten MIMO có kích thước nhỏ gọn, dễ dàng tích hợp với thiết bị vơ tuyến phù hợp với mục đích sử dụng, áp dụng phương pháp tăng cường cách ly nhằm tạo nên mơ hình anten MIMO đáp ứng yêu kỹ thuật, dễ dàng chế tạo chi phí thấp Những vấn đề cịn tồn Cơng nghệ băng thơng siêu rộng Ủy ban truyền thông liên bang Mỹ (FCC) cấp phép áp dụng thiết bị không dây hoạt động dải tần từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz [1] Sự kết hợp công nghệ UWB vào hệ thống MIMO khắc phục hạn chế hệ thống thông tin cự ly ngắn công suất phát chúng phải thấp để tránh gây nhiễu cho hệ thống thông tin lân cận [70] Một số mơ hình anten MIMO băng thơng siêu rộng đề xuất trước gây lãng phí băng thơng, khơng hoạt động tồn dải tần FCC cấp phép cho hệ thống UWB [76, 81, 96, 101] Trong thiết kế khác [55], mơ hình anten MIMO 4x4 có độ cách ly tốt (lớn 20 dB) sử dụng đường gián đoạn phần tử mặt đế Tuy nhiên, anten không hoạt động dải tần UWB mà từ 2,0 GHz đến 6,0 GHz Bên cạnh đó, số đề xuất phát triển mơ hình anten MIMO-UWB hoạt động toàn băng [57, 69, 70] hoạt động toàn băng loại bỏ băng tần gây ảnh hưởng tới hệ thống vô tuyến khác [27, 49, 58] Tuy nhiên anten sử dụng cấu hình MIMO 2x2 sử dụng cấu hình 4x4 kích thước lớn Đồng thời, số cơng trình nghiên cứu trước tập trung vào anten băng rộng (EWB) [37, 38] Những anten đạt băng thông rộng bao gồm băng tần UWB với đặc tính xạ mong muốn Tuy nhiên, anten có kích thước xx lớn, với xạ có kích thước 124 × 120 mm2 [37] 124 × 70 mm2 [38], làm cho mơ hình anten khó có khả tích hợp thiết bị di động thiết bị cầm tay Do đó, yêu cầu việc thiết kế anten MIMO băng thông siêu rộng rộng với kích thước nhỏ gọn, hoạt động toàn dải tần cấp phép loại bỏ băng tần gây ảnh hưởng đến hệ thống vơ tuyến khác mang tính cấp thiết để tích hợp vào thiết bị đầu cuối ứng dụng hệ thống thông tin vô tuyến cá nhân (WPAN) Kỹ thuật cấu trúc mặt đế khơng hồn hảo (DGS) sử dụng giải pháp đơn giản hiệu giảm thiểu tương hỗ anten thành phần anten MIMO [16, 53, 83, 84, 103] Trong [83, 84, 103], anten hoạt động hai băng tần kích thước tổng thể anten lớn chưa áp dụng kỹ thuật giảm nhỏ kích thước anten anten có nhược điểm băng thơng hoạt động nhỏ [83] Trong [16, 53], anten hoạt động băng tần với cấu trúc đa lớp nên khó khăn chế tạo gặp phải hạn chế ứng dụng thiết bị yêu cầu nhỏ gọn Việc sử dụng kỹ thuật giảm thiểu ảnh hưởng tương hỗ cấu trúc mặt phẳng đế khơng hồn hảo kết hợp với mơ hình anten có cấu trúc nhỏ gọn anten dạng xoắn ốc, anten PIFA, cấu trúc CLRH,… động lực cho nghiên cứu thiết kế anten MIMO có kích thước nhỏ gọn, phù hợp với ứng dụng người dùng đáp ứng yêu cầu phân tập hệ thống thông tin MIMO Gần đây, kỹ thuật mạng cách ly xem giải pháp hữu hiệu để cải thiện cách ly cổng anten MIMO kỹ thuật không can thiệp vào cấu trúc xạ anten MIMO Bằng cách đưa thêm vào thành phần điện kháng (thông qua phần tử thụ động tập trung cấu trúc mạch siêu cao tần) vào cấu trúc xạ mạng tiếp điện, tương hỗ cổng anten MIMO bị triệt tiêu Khi đó, anten MIMO đạt độ cách ly cao tương quan xạ thấp mà trì khoảng cách nhỏ phần tử xạ [10, 15, 56, 59, 104] Trong [10, 15, 59] mạng cách ly thiết kế sử dụng phần tử thụ động tập trung Với việc sử dụng phần tử này, mạng cách ly có kích thước bé làm cho kích thước hệ thống anten MIMO nhỏ Việc xác định giá trị phần tử thụ động phụ thuộc vào độ lớn pha hệ số tương hỗ [82] Tuy nhiên thực tế, linh kiện thụ động đáp ứng hết giá trị tính tốn Bên cạnh đó, việc xuất tụ ký sinh hàn gắn phần tử vào mạch làm thay đổi giá trị phần tử tập trung xác định trước Do vậy, linh kiện thụ động thường lựa chọn giá trị gần [15] Hơn nữa, mối hàn không đạt tiêu chuẩn thực hàn phần tử vào mạch gây ảnh hưởng đến độ xác kết đo thực nghiệm Vì vậy, kỹ thuật thiết kế mạng cách ly sử dụng phần tử thụ động thường gặp phải vấn đề băng thơng nhỏ, độ xác khơng cao tổn hao lớn Để hạn chế sai số sử dụng phần tử tập trung gây ra, số nghiên cứu đề xuất sử dụng mạng cách ly cấu trúc mạch siêu cao tần tổng hợp đường truyền vi dải dạng phẳng hoạt động chế độ đơn băng tần [66, 105], hai băng tần [56, 104] Đề xuất xxi [56] mạng cách ly cho anten MIMO hai băng tần sử dụng kỹ thuật cách ly mode (modedecompositon) Tuy nhiên thiết kế gặp phải vấn đề mạng cách ly có kích thước lớn, hiệu suất khác mode có gây tổn hao Trong [104], mạng cách ly dạng phẳng, hai băng tần sử dụng cộng hưởng ghép đề xuất Điểm yếu phương pháp yêu cầu hệ số ghép cộng hưởng phải lớn dẫn đến việc khó khăn chế tạo đường vi dải mỏng khoảng cách nhỏ cộng hưởng áp dụng với băng tần số khác Từ đó, yêu cầu việc thiết kế mạng cách ly sử dụng cấu trúc phẳng đơn giản, có độ xác cao chế tạo hỗ trợ đa băng tần để sử dụng thiết kế anten MIMO kích thước nhỏ gọn hướng cho nhà nghiên cứu theo đuổi Nhìn chung việc thiết kế tối ưu anten MIMO vừa có khả hoạt động tốt dải tần thiết kế, có độ tăng ích phù hợp với ứng dụng, vừa đảm bảo đặc tính MIMO độ cách ly, tính tương quan xạ,… thách thức lớn nhà nghiên cứu Mục tiêu, đối tượng phạm vi nghiên cứu  Mục tiêu nghiên cứu luận án bao gồm: - Nghiên cứu, đề xuất giải pháp sử dụng phần tử ký sinh để giảm tương hỗ thiết kế anten MIMO băng thông siêu rộng - Nghiên cứu, đề xuất giải pháp sử dụng cấu trúc mặt đế khơng hồn hảo để giảm tương hỗ thiết kế anten MIMO kích thước nhỏ gọn - Nghiên cứu, đề xuất giải pháp sử dụng mạng cách ly để tăng cường cách ly cổng thiết kế anten MIMO hai băng tần  Đối tượng nghiên cứu luận án xác định bao gồm: - Các anten MIMO dựa công nghệ mạch dải, vật liệu điện môi FR4, dễ chế tạo, giá thành rẻ - Các anten MIMO cho thiết bị vơ tuyến cầm tay hệ mới, kích thước nhỏ gọn  Phạm vi nghiên cứu luận án giới hạn vấn đề sau: - Nghiên cứu anten cho hệ thống thông tin vô tuyến hệ sử dụng công nghệ MIMO - Nghiên cứu đặc tính MIMO anten thơng qua hệ số tương quan tín hiệu kênh truyền (tương quan đồ thị xạ), xác định tham số tán xạ xxii Ý nghĩa khoa học đóng góp luận án Việc nghiên cứu giải pháp giảm ảnh hưởng tương hỗ thiết kế anten MIMO luận án có ý nghĩa mặt khoa học thực tiễn:  Ý nghĩa khoa học: - Các kết nghiên cứu luận án góp phần phát triển giải pháp thiết kế anten MIMO băng thông siêu rộng; anten MIMO cấu trúc nhỏ gọn sử dụng anten đơn dạng siêu vật liệu dạng PIFA xoắn ốc; anten MIMO hai băng - tần với cấu trúc mạng cách ly đơn giản, dễ chế tạo Các kết nghiên cứu luận án tảng cho nghiên cứu phân tích thiết kế anten MIMO nhỏ gọn, có hệ số cách ly lớn  Ý nghĩa thực tiễn: Các giải pháp giúp giảm ảnh hưởng tương hỗ, tăng cường cách ly cổng mơ hình anten MIMO thiết kế luận án làm sở gợi ý cho nhà sản xuất ứng dụng chế tạo thiết bị đầu cuối di động hệ Những đóng góp khoa học luận án gồm: (1) Phát triển thực giải pháp giảm ảnh hưởng tương hỗ sử dụng phần tử ký sinh cấu trúc cộng hưởng đa mode cấu trúc hai dây chêm ngắn mạch thiết kế hai mơ hình anten MIMO băng thơng siêu rộng (2) Phát triển thực giải pháp giảm ảnh hưởng tương hỗ sử dụng cấu trúc mặt phẳng đế khơng hồn hảo dạng hai khe hẹp thiết kế hai mơ hình anten MIMO kích thước nhỏ gọn (3) Phát triển thực giải pháp tăng cường cách ly cổng sử dụng mạng cách ly đường truyền vi dải thiết kế hai mơ hình anten MIMO hai băng tần Cấu trúc nội dung luận án Nội dung luận án bao gồm bốn chương Đầu tiên, Chương phần giới thiệu tổng quan mơ hình thơng số anten MIMO; nguyên nhân gây nên ảnh hưởng tương hỗ giải pháp để cải thiện hệ số cách ly phân tích chi tiết Chương trình bày nghiên cứu sử dụng giải pháp phần tử ký sinh để giảm thiểu ảnh hưởng tương hỗ thiết kế anten MIMO băng thông siêu rộng Lần lượt giải pháp sử dụng phần tử ký sinh cấu trúc cộng hưởng MMR cấu trúc hai dây chêm ngắn mạch xxiii đề xuất, áp dụng để thiết kế hai mơ hình anten MIMO 4×4 MIMO 2×2 cho hệ thống thông tin băng thông siêu rộng UWB EWB Kết hai mơ hình anten MIMO thiết kế thỏa mãn yêu cầu băng thông hoạt động, ảnh hưởng tương hỗ hệ số tương quan Tiếp theo, Chương trình bày giải pháp sử dụng cấu trúc mặt phẳng đế khơng hồn hảo (DGS) dạng hai khe hẹp đề xuất, áp dụng để thiết kế hai mơ hình anten MIMO có kích thước nhỏ gọn Mơ hình anten đầu tiên, thiết kế cho hệ thống thông tin WLAN chuẩn IEEE 802.11n, thực thu nhỏ kích thước anten cách sử dụng cấu trúc siêu vật liệu điện từ dạng phức hợp (CRLH) Trong đó, mơ hình anten thứ hai thiết kế cho hệ thống hai băng tần 4G-LTE (1800 MHz) WiMAX (2300 MHz) Đây anten dạng chữ F-ngược phẳng (PIFA) cho thiết bị di động với hai nhánh xạ gấp xoắn ốc nhằm giảm kích thước phần tử anten PIFA đơn Kết mơ thực nghiệm cho thấy hai mơ hình anten MIMO thiết kế đáp ứng yêu cầu băng thông hoạt động, hệ số cách ly tính tương quan đồ thị xạ Cuối cùng, Chương đề xuất giải pháp sử dụng mạng cách ly dạng đường truyền vi dải để tăng cường cách ly anten MIMO hai băng tần Mạng cách ly thiết kế dạng đường truyền vi dải với cấu trúc đơn giản nhỏ gọn Hai mơ hình anten MIMO cho hệ thống WLAN hai băng tần 2,4 GHz/5,25 GHz hệ thống LTE 1,8 GHz/WiMAX 3,5 GHz thiết kế sử dụng mạng cách ly Các kết mô đo thực nghiệm cho thấy mơ hình anten MIMO đáp ứng yêu cầu băng thông độ cách ly, chứng minh tính khả thi ứng dụng vào thực tế mơ hình anten thiết kế CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ANTEN MIMO 1.1 Giới thiệu chương Chương trình bày tổng quan mơ hình đặc tính anten MIMO Một đặc tính quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng khả hoạt động anten MIMO ảnh hưởng tương hỗ phần tử anten Các nguyên nhân dẫn đến ảnh hưởng tương hỗ phần tử xạ anten MIMO phân tích cụ thể Bên cạnh đó, số kỹ thuật để cải thiện cách ly cho anten MIMO phân tích chi tiết kết hợp với ví dụ từ nghiên cứu cơng bố Trên sở đó, số giải pháp giảm thiểu ảnh hưởng tương hỗ đề xuất để áp dụng mơ hình anten MIMO thiết kế luận án 1.2 Khái niệm kênh truyền MIMO 1.2.1 Kênh truyền không dây Thông thường, tín hiệu truyền thơng qua kênh truyền khơng dây từ điểm phát đến điểm thu qua nhiều đường khác để tới đích Tín hiệu truyền qua kênh truyền chịu tổn thất lượng khơng gian Hình 1.1 mơ tả suy giảm tín hiệu theo khoảng cách truyền không gian máy phát máy thu [67] Sự tổn thất lượng mơ tả hình 1.1 chủ yếu hai tượng sau: - Sự suy giảm lượng phụ thuộc vào khoảng cách gọi tổn hao đường truyền hay tổn hao không gian tự - Sự suy giảm lượng tượng pha đinh Tổn hao đường truyền hay tổn hao không gian tự phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách máy phát (TX) máy thu (RX) Theo định lý Friis [67], công suất nhận không gian tự xác định bởi: 𝜆 ) 𝑃𝑅𝑋 = 𝑃𝑇𝑋 𝐺𝑇𝑋 𝐺𝑅𝑋 ( 4𝜋𝑑 (1.1) 𝑃𝑇𝑋 𝑃𝑅𝑋 tương ứng công suất phát công suất thu, 𝐺𝑇𝑋 𝐺𝑅𝑋 độ tăng ích anten phát thu, d khoảng cách anten thu phát PR/PT (dB) Tổn hao không gian tự Tổn hao không gian tự + pha đinh che chắn Tổn hao không gian tự + pha đinh che chắn + pha đinh nhiều tia Khoảng cách (Logarit) Hình 1.1 Tổn hao lượng kênh truyền khơng dây Pha đinh tượng suy giảm tín hiệu biến thiên cách không đặn Khi thiết bị đầu cuối di chuyển qua khu vực có nhiều chướng ngại vật, có kích thước khác nhau, ví dụ đồi, núi, nhà, hầm, chướng ngại vật che phủ hay cắt hoàn toàn tín hiệu Do vậy, cường độ tín hiệu thu biến thiên cách ngẫu nhiên, phụ thuộc vào kích cỡ vật chắn khoảng cách đến Loại pha đinh gọi pha đinh che chắn Ngồi ra, truyền dẫn đa đường cịn tồn pha đinh đa đường Pha đinh đa đường kết việc máy thu nhận nhiều tín hiệu máy phát theo đường lan truyền khác Các tín hiệu phản xạ từ nhiều vật nhiều hướng khác khu vực Do khoảng cách khác nên tín hiệu thu khác pha biên độ nên chúng làm tăng thêm hay làm triệt tiêu tín hiệu tổng hợp Sự di chuyển thiết bị đầu cuối gây biến thiên khơng thể dự đốn pha tín hiệu theo thời gian làm cho suy giảm biến thiên mạnh Hệ thống đa anten (MAS) xem giải pháp hữu hiệu để chống lại tác động truyền tín hiệu đa đường nhằm tăng độ tin cậy thông tin liên lạc không dây Quan trọng hơn, hệ thống đa anten tận dụng lợi truyền đa đường giúp tăng tốc độ truyền liệu trì cơng suất phát 1.2.2 Truyền thơng khơng dây qua kênh truyền MIMO Mơ hình thu phát truyền thống gồm anten phát anten thu (còn gọi hệ thống SISO) thường sử dụng cho hệ thống truyền thông không dây Theo định lý Shanon [67], dung lượng hệ thống SISO môi trường tạp âm AWGN biểu diễn sau: 𝐶 = 𝑊log (1 + 𝑃 ) 𝑁0 𝑊 (1.2) 𝑊 băng thơng, 𝑃 cơng suất thu trung bình, 𝑁0 mật độ phổ cơng suất tạp âm Trong trường hợp có tượng đa đường giả sử băng thông Hz, dung lượng biểu diễn sau [77]: 𝐶 = log (1 + 𝑃𝑇 |ℎ | ) 𝑁0 (1.3) ℎ đáp ứng xung thỏa mãn điều kiện 𝐸 {|ℎ|2 } = 𝐸 {∙} tốn tử kỳ vọng Cơng thức cho thấy dung lượng kênh hệ thống SISO tăng theo hàm logarit công suất phát tức muốn tăng dung lượng thêm 1b/s/Hz cơng suất phát cần tăng thêm dB TX RX (a) Kênh vô tuyến MIMO 1 2 RX TX m n (b) Hình 1.2 Mơ hình hệ thống (a) SISO (b) MIMO Một hệ thống kết nối không dây MIMO với m anten thu n anten phát mơ tả hình 1.2 Hệ thống MIMO đề xuất [95] quan tâm đặc biệt thông qua nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm năm 1990 [25, 90] Trong mơ hình MIMO hình 1.2(b), ta giả sử rằng: 111 Hình 4.16 – 4.17 biểu diễn kết mô đồ thị phương hướng xạ mặt phẳng xoy xoz tần số 2,45 GHz 5,25 GHz (với anten thứ nhất) tần số 1,8 GHz 3,5 GHz (với anten thứ 2) anten tiếp điện cổng cổng Sự khác biệt đồ thị phương hướng xạ tiếp điện cổng tần số thể phân tập đồ thị xạ anten MIMO Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng (a) (b) Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng (c) (d) Hình 4.16 Kết mơ đồ thị phương hướng xạ tần số 2,45 GHz mặt phẳng (a) xoy (b) xoz tần số 5,25 GHz GHz mặt phẳng (c) xoy (d) xoz anten MIMO hai băng tần WLAN 2,45 GHz/5,25 GHz tiếp điện cổng cổng Hình 4.18 biểu diễn kết mơ độ tăng ích đỉnh anten MIMO Kết mơ cho thấy độ tăng ích đỉnh anten đạt giá trị 4,2 - 4,7 dBi vùng băng tần thấp 5,1 - 5,5 dBi vùng băng tần cao Trong với anten 2, độ tăng ích đỉnh anten đạt giá trị khoảng 3,7 dBi vùng băng tần thấp 1,3 - 2,8 dBi vùng băng tần cao Các giá trị độ tăng ích đỉnh đáp ứng yêu cầu anten sử dụng hệ thống thông tin vô tuyến 112 Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng (a) (b) Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng Cổng (c) (d) Hệ số tăng ích đỉnh (dBi) Hệ số tăng ích đỉnh (dBi) Hình 4.17 Kết mơ đồ thị phương hướng xạ tần số 1,8 GHz mặt phẳng (a) xoy (b) xoz tần số 3,5 GHz GHz mặt phẳng (c) xoy (d) xoz anten MIMO hai băng tần LTE 1,8 GHz WiMAX 3,5 GHz tiếp điện cổng cổng Tần số (GHz) Tần số (GHz) (a) (b) Hình 4.18 Độ tăng ích đỉnh (a) anten MIMO hai băng tần WLAN 2,4 GHz/ 5,25 GHz (b) anten MIMO hai băng tần LTE 1,8 GHz WiMAX 3,5 GHz Hình 4.19 biểu diễn kết mô hiệu suất xạ hai anten MIMO Kết mô cho thấy hiệu suất anten đạt giá trị khoảng 85% 64% tương ứng tần số 113 trung tâm băng tần thấp (2,45 GHz) băng tần cao (5,25 GHz) Trong với anten 2, giá trị đạt khoảng 88% 64% tương ứng tần số trung tâm băng tần thấp (1,8 GHz) băng tần cao (3,5 GHz) Hiệu suất đạt giá trị cao đặc biệt Hiệu suất xạ Hiệu suất xạ vùng tần số cao ta sử dụng đế điện mơi có suy hao thấp (Roger, Duroid, …) Tần số (GHz) Tần số (GHz) (a) (b) Hình 4.19 Hiệu suất xạ (a) anten MIMO hai băng tần WLAN 2,4 GHz/ 5,25 GHz (b) anten MIMO hai băng tần LTE 1,8 GHz WiMAX 3,5 GHz Đặc tính MIMO anten MIMO xác định qua hệ số tương quan đường bao ECC tính từ tham số tán xạ theo cơng thức (1.15) Kết tính hệ số ECC anten MIMO biểu diễn hình 4.20 Cả hai anten MIMO đạt hệ số tương quan thấp, nhỏ 0,04 hai băng tần hoạt động anten Điều cho thấy, anten MIMO thiết kế có khả ứng dụng tốt thiết bị hệ thống thông tin vô tuyến hệ dựa công nghệ MIMO Tần số (GHz) Hình 4.20 Hệ số tương quan đường bao hai anten MIMO 4.3.3 Kết luận Trong phần này, kỹ thuật mạng cách ly sử dụng đường truyền vi dải TLDN để tăng hệ số cách ly cổng anten MIMO hai băng tần đề xuất Đồng thời, phần 114 trình bày việc thiết kế hai anten MIMO hai băng tần sử dụng TLDN cho hệ thống WLAN 2,4 GHz 5,25 GHz cho hệ thống LTE 1,8 GHz WiMAX 3,5 GHz Hai anten MIMO thiết kế cho kết hệ số cách ly lớn 15 dB, hệ số tương quan đường bao ECC nhỏ 0,04 hai băng tần từ 2,4 GHz đến 2,5 GHz từ 5,15 GHz đến 5,35 GHz anten MIMO hai băng tần cho hệ thống WLAN từ 1,71 GHz đến 1,88 GHz, từ 3,4 GHz đến 3,6 GHz anten MIMO hai băng tần cho hệ thống LTE/WiMAX Kết mô thực nghiệm cho thấy mạng cách ly có kích thước nhỏ gọn, đơn giản chế tạo chi phí thấp Do đó, mạng cách ly TLDN hứa hẹn sử dụng thiết kế anten MIMO đa băng tần hệ thống thông tin hệ Bảng 4.5 biểu diễn tóm tắt tham số anten MIMO khơng sử dụng kỹ thuật tăng cường cách ly, anten MIMO thiết kế số anten tham khảo Bảng 4.5 So sánh tham số anten MIMO hai băng tần Anten (*) (**) (***) (****) [56] [104] 80 x 55 100 x 55 80 x 55 100 x 55 80,5 x 40 80 x 55 2120 - 2900 MHz 1590 - 2180 MHz 2360 - 2610 MHz 1708 - 1900 MHz 4970 - 5630 MHz 3325 - 3960 MHz 5095 - 5415 MHz 3385 - 3605 MHz WLAN 2, 45 GHz / 5, 25 GHz WLAN 2, 45 GHz / 5, 25 GHz ≥ dB vùng băng tần thấp ≥ 6,5 dB vùng băng tần thấp ≥ 20 dB hai băng tần ≥ 15 dB hai băng tần ≥ 20 dB hai băng tần > 15 dB hai băng tần 4,2 - 4,7 dBi vùng băng tần thấp ~ 3,7 dBi vùng băng tần thấp 2,5 dBi tần số 2,45 GHz Tham số Kích thước đế (mm2) Băng tần Hệ số cách ly (dB) Tăng ích đỉnh (dBi) Ghi ≥ 10 dB vùng băng tần cao - ≥ 8,5 dB vùng băng tần cao - 5,1 - 5,5 dBi vùng băng tần cao 1,3 - 2,8 dBi vùng băng tần cao - 0,8 dBi tần số 5,25 GHz Mạng cách ly kích thước lớn có tổn hao Yêu cầu đường vi dải cộng hưởng mảnh nên khó chế tạo Trong đó: (*): Anten MIMO hai băng tần WLAN 2,4 GHz / 5,25 GHz chưa có mạng cách ly (**): Anten MIMO hai băng tần LTE 1,8 GHz / WiMAX 3,5 GHz chưa có mạng cách ly 115 (***): Anten MIMO hai băng tần WLAN 2,4 GHz / 5,25 GHz sử dụng mạng cách ly TLDN (****): Anten MIMO hai băng tần LTE 1,8 GHz / WiMAX 3,5 GHz sử dụng mạng cách ly TLDN 4.4 Tổng kết chương Trong chương này, giải pháp sử dụng mạng cách ly đường truyền vi dải TLDN nhằm cải thiện hệ số cách ly cho anten MIMO hai băng tần đề xuất phân tích Dựa nguyên lý hoạt động đường truyền cao tần, mạng cách ly thiết kế công nghệ mạch dải bao gồm đường truyền trở kháng lớn với dây chêm hở mạch nối Khi đưa cấu trúc mạng cách ly TLDN vào anten MIMO 2x2, nhờ đặc tính cấu trúc mà trở kháng tương hỗ hai anten thành phần anten MIMO bị triệt tiêu trở kháng truyền dẫn mạng cách ly hai băng tần hoạt động anten cách đồng thời Nội dung chương tóm tắt sau: (1) Đề xuất phân tích mạng cách ly TLDN dùng cho việc tăng cách ly cổng anten MIMO hai băng tần Mạng cách ly có cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo chi phí thấp bao gồm đường truyền trở kháng lớn với dây chêm hở mạch nối Mạng cách ly tạo điện nạp truyền dẫn có độ lớn ngược dấu với điện nạp tương hỗ anten thành phần, đồng thời hai dải tần số hoạt động anten MIMO hai băng tần Nhờ có mạng cách ly TLDN, cổng anten MIMO hai băng tần có hệ số cách ly cao để thỏa mãn yêu cầu hoạt động anten MIMO (2) Thiết kế thành công hai mẫu anten MIMO hai băng tần sử dụng mạng cách ly TLDN đề xuất Anten thứ anten MIMO hai băng tần WLAN 2,4 GHz WLAN 5,25 GHz anten thứ hai anten MIMO hai băng tần LTE 1,8 GHz WiMAX 3,5 GHz Bằng việc thiết kế tối ưu tham số mạng cách ly TLDN, anten MIMO thiết kế ngồi việc có khả hoạt động tốt dải tần yêu cầu, chúng cịn có độ cách ly cổng cao hệ số tương quan đồ thị xạ cổng thấp Vì vậy, anten MIMO hai băng tần tích hợp thiết bị điện thoại di động, máy tính xách tay PDA,… hoạt động hệ thống thông tin vô tuyến hệ 116 KẾT LUẬN Ở Chương 1, luận án trình bày tổng quan đặc điểm hệ thống thơng tin MIMO, tập trung phân tích đặc điểm kênh truyền không dây, thông số nguyên nhân gây ảnh hưởng tương hỗ anten MIMO Về bản, ảnh hưởng tương hỗ yếu tố định đến khả hoạt động anten MIMO Với xu hướng tích hợp đa địch vụ vào thiết bị vô tuyến có kích thước nhỏ gọn vấn đề trở nên cấp bách Đồng thời, luận án phân tích chi tiết giải pháp để giảm thiểu tương hỗ, nâng cao cách ly cho anten MIMO Đây sở khoa học để đưa đề xuất thực thiết kế mơ hình anten MIMO cho hệ thống thơng tin vô tuyến hệ luận án Các nội dung đề xuất luận án giới thiệu trình bày Chương 2, Chương Chương Lần lượt chương, giải pháp phần tử ký sinh, cấu trúc mặt phẳng đế không hoàn hảo (DGS) mạng cách ly đường truyền vi dải sử dụng để giảm tương hỗ tăng cường cách ly phần tử anten, đồng thời trì tăng ích thu gọn đáng kể kích thước anten MIMO thiết kế Các mơ hình anten MIMO thiết kế luận án có tính khả thi cao có khả ứng dụng thiết bị thông tin vô tuyến hệ kết phân tích, thiết kế mô sử dụng phần mềm mô chuyên dụng khác HFSS, CST; đặc biệt tham số tán xạ kiểm chứng kết đo thực nghiệm Đóng góp khoa học luận án Luận án có đóng góp khoa học sau: (1) Phát triển thực giải pháp giảm ảnh hưởng tương hỗ sử dụng phần tử ký sinh cấu trúc cộng hưởng đa mode cấu trúc hai dây chêm ngắn mạch thiết kế hai mơ hình anten MIMO băng thơng siêu rộng Hai mơ hình anten MIMO cho hệ thống UWB EWB phân tích, thiết kế, chế tạo đo thực nghiệm Các kết mô thực nghiệm cho thấy, hai mơ hình anten thiết kế đáp ứng yêu cầu băng thông hoạt động, đảm bảo hệ số cách ly hệ số tương quan anten MIMO cho hệ thống thông tin vô tuyến hệ (2) Phát triển thực giải pháp giảm ảnh hưởng tương hỗ sử dụng cấu trúc mặt phẳng đế khơng hồn hảo dạng hai khe hẹp thiết kế hai mơ hình anten MIMO kích thước nhỏ gọn Các phần tử anten đơn thiết kế sử dụng nguyên lý cấu trúc siêu vật liệu điện từ dạng phức hợp (CRLH) dạng PIFA với nhánh cộng hưởng gấp xoắn ốc để thu gọn kích thước phần tử xạ Các kết mơ thực nghiệm chứng minh tính 117 khả thi mơ hình anten MIMO thiết kế đáp ứng yêu cầu dải tần hoạt động, độ cách ly tính tương quan đồ thị xạ (3) Phát triển thực giải pháp tăng cường cách ly cổng sử dụng mạng cách ly đường truyền vi dải TLDN thiết kế hai mơ hình anten MIMO hai băng tần Với nhiệm vụ triệt tiêu dẫn nạp tương hỗ anten thành phần anten MIMO hai băng tần, mạng cách ly TLDN áp dụng để thiết kế hai mơ hình anten MIMO cho hệ thống hai băng tần WLAN 2,4 GHz/5,25 GHz hệ thống hai băng tần LTE 1,8 GHz /WiMAX 3,5 GHz Các kết mô thực nghiệm cho thấy anten MIMO có băng thơng hoạt động đáp ứng dải tần thiết kế đảm bảo yêu cầu hệ thống thông tin vô tuyến dựa công nghệ MIMO hệ số cách ly tính tương quan đồ thị xạ Hướng phát triển luận án Các hướng phát triển luận án bao gồm: - Nghiên cứu kỹ thuật cải thiện cách ly ứng dụng thiết kế anten MIMO có cấu hình nhiều phần tử (3x3, 4x4, 5x5…) - Nghiên cứu ứng dụng thuật toán tối ưu (GA, PSO,…) để thiết kế tối ưu mơ hình anten MIMO, tăng tốc độ độ xác việc phân tích cấu trúc - Nghiên cứu thiết kế mơ hình anten MIMO nhiều hai băng tần sử dụng cho thiết bị di động - Nghiên cứu sử dụng vật liệu Graphene thiết kế anten MIMO 118 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN I CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN LUẬN ÁN ĐÃ ĐĂNG Viet, H.T.; Ha, B.V.; Kiem, N.K.; Chien, D.N.; Zich, R.E (2011), "A compact printed extremely-wideband MIMO antenna with WLAN band rejection," International Conference on Electromagnetics in Advanced Applications (ICEAA), pp.877-880, September 12-16, ITALY Nguyen Khac Kiem, Huynh Nguyen Bao Phuong, Quang Ngoc Hieu, Dao Ngoc Chien (2013), “A Compact Printed 4x4 MIMO-UWB Antenna with WLAN Band Rejection,” IEEE Antennas and Propagation Society, AP-S International Symposium, pp 22452246, July 7-12, Florida, USA Nguyen Khac Kiem, Huynh Nguyen Bao Phuong, and Dao Ngoc Chien (2014), “Design of Compact × UWB-MIMO Antenna with WLAN Band Rejection,” International Journal of Antennas and Propagation, vol 2014, Article ID 539094, 11 pages doi:10.1155/2014/539094 (SCIE journal) Nguyen Khac Kiem, Huynh Nguyen Bao Phuong, and Dao Ngoc Chien (2015), “Design of Dual-band MIMO PIFA Antenna for Mobile Handset,” Journal of Science and Technology, No 107C/2015, pp 64-70 Nguyen Khac Kiem, Huynh Nguyen Bao Phuong, Quang Ngoc Hieu, and Dao Ngoc Chien (2015), “A Novel Metamaterial MIMO Antenna with High Isolation for WLAN Applications,” International Journal of Antennas and Propagation, vol 2015, Article ID 851904, pages, doi:10.1155/2015/851904 (SCIE journal) Nguyen Khac Kiem and Dao Ngoc Chien (2016), “ High Isolation Dual-band MIMO Antenna using Transmission Line Decoupling Network,” Journal of Science and Technology, No 110/2016, pp 55-61 II CÁC CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN TRỰC TIẾP ĐẾN LUẬN ÁN ĐANG CHỜ KẾT QUẢ PHẢN BIỆN Nguyen Khac Kiem and Dao Ngoc Chien (2016), “A Transmission Line Decoupling Technique for Enhancement of Port Isolation of Dual-band MIMO Antenna System,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation (Under Review) 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] (FCC) (FCC 02-48, 2002), "Revision of part 15 of the commissions rules regarding ultra-wideband transmission systems," First Report and Order ET Docket, pp 98153 [2] Abdelwahab, Abdallah, and Dahab (2013), "Compact Quad-band PIFA Antenna for LTE Handsets with MIMO and Low Mutual Coupling," in Progress In Electromagnetics Research Symposium, Stockholm, Sweden, pp 1173-1177 [3] Ahn, Park, Kim, Kim, Qian, and Itoh (2001), "A design of the low-pass filter using the novel microstrip defected ground struc-ture," IEEE Transaction on Microwaves Theory Techniques, vol 49, pp 86-93 [4] Alsath, Kanagasabai, and Balasubramanian (2013), "Implementation of slotted meander-line resonators for isolation enhancement in microstrip patch antenna arrays," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 12, pp 15-18 [5] Antoniades and Eleftheriades (2008), "A Folded-Monopole Model for Electrically Small NRI-TL Metamaterial Antennas," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 7, pp 425-428 [6] Arazi (2008), "Ultra Wideband Fractal Microstrip Antenna Design," Progress in Electromagnetic Research C, vol 2, pp 7-12 [7] Bahadori and Rahmat-Samii (2007), "A miniaturized elliptic-card UWB antenna with WLAN band rejection for wireless communications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 55, pp 3326-3332 [8] Balanis (1997), Antenna Theory analysis and design Wiley [9] Bhattacharyya (1990), "Characteristics of space and surface waves in a multilayered structure [microstrip antennas]," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 38, pp 1231-1238 [10] Bhatti, Yi, and Park (2009), "Compact antenna array with port decoupling for LTEstandardized mobile phones," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 8, pp 1430-1433 [11] Biglieri, Calderbank, Constantinides, Goldsmith, Paulraj, and Poor (2007), MIMO wireless communications: Cambridge University Press [12] Breed (2008), "An introduction to defected ground structures in microstrip circuits," High Frequency Electronics, p [13] Caloz and Itoh (2005), Electromagnetic metamaterial: Transmission line theory and microwave applications: John Wiley & Son [14] Clarke (1968), "A statistical theory of mobile-radio reception," Bell system technical journal, vol 47, pp 957-1000 [15] Chen, Wang, and Chung (2008), "A decoupling technique for increasing the port isolation between two strongly coupled antennas," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 56, pp 3650-3658 120 [16] Chiu, Cheng, Murch, and Rowell (2007), "Reduction of Mutual Coupling Between Closely-Packed Antenna Elements," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 55, pp 1732-1738 [17] Chiu and Murch (2008), "Compact four-port antenna suitable for portable MIMO devices," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 7, pp 142-144 [18] Chuang, "Dual-Band Impedance Transformer Using Two-Section Shunt Stubs," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol 58, p [19] Chung, Jeon, Ahn, Choi, and Itoh (2004), "High isolation dual-polarized patch antenna using integrated defected ground structure," IEEE Microwave Wireless Component Letters, vol 14 [20] DeFlaviis, Jofre, Romeu, and Grau (2008), Multiple Antenna System for MIMO Communications: Morgan & Claypool Publishers [21] Derneryd (1978), "A theoretical investigation of the rectangular microstrip antenna element," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 26, pp 532-535 [22] Eleftheriades, Grbic, and Antoniades (2004), "Negative-refractive-index transmission-line metamaterials and enabling electromagnetic applications," in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium, pp 1399-1402 [23] Eleftheriades, Iyer, and Kremer (2002), "Planar negative refractive index media using periodically L-C loaded transmission lines," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol 50, pp 2702-2712 [24] Feng, Che, and Xue (2012), "Novel dual-band bandpass filter using multi-mode resonator," 4th International High Speed Intelligent Communication Forum (HSIC), vol 2012, p [25] Foschini and Gans (1998), "On limits of wireless communications in a fading environment when using multiple antennas," Wirless Personal Communication, vol 6, pp 311-335 [26] Gao (2007), "Characterisation of Multiple Antennas and Channel for Small Mobile Terminals," Department of Electronic Engineering Queen Mary, University of London, United Kingdom [27] Gao, He, Wei, Xu, Wang, and Zheng (2014), "Compact Printed UWB Diversity Slot Antenna With 5.5-GHz Band-Notched Characteristics," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 13, p [28] Guha, Biswas, and Antar (2005), "Microstrip patch antenna with defected ground structure for cross polarization suppression,," IEEE Antennas Wireless Propagation Letters, vol 4, pp 455-458 [29] Gianvittorio and Rahmat-Samii (2002), "Fractal antennas: A novel antenna miniaturization technique, and applications," IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol 44, pp 20-36 [30] Han and Choi (2010), "Compact multiband MIMO antenna for next generation USB dongle application," in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), pp 1-4 [31] Han and Choi (2010), "Multiband MIMO antenna with independent resonance frequency adjustability," Microwave and Optical Technology Letter, vol 52, pp 1893–1901 121 [32] Hong and Lancaster (2001), Microstrip Filters for RF/Microwave Applications: Wiley [33] Hu, Hall, and Gardner (2011), "Reconfigurable dipole-chassis antennas for small terminal MIMO applications," Electronics Letters, vol 47, pp 953-955 [34] Jackson, Williams, Bhattacharyya, Smith, Buchheit, and Long (1993), "Microstrip patch designs that not excite surface waves," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 41, pp 1026-1037 [35] Jahromi, Falahati, and Edwards (2011), "Bandwidth and Impedance-Matching Enhancement of Fractal Monopole Antennas Using Compact Grounded Coplanar Waveguide," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 59, pp 24802487 [36] Jakes (1974), Microwave Mobile Communications: Wiley [37] Jianjun, Esselle, and Shun-Shi (2010), "A printed extremely wideband antenna for multi-band wireless systems," in IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (AP-S/URSI), pp 1-4 [38] Jianjun, Esselle, and Shunshi (2010), "An extremely wideband rectangular monopole antenna with a modified microstrip feed," in Proceedings of the Fourth European Conference on Antennas and Propagation (EuCAP), pp 1-5 [39] Karaboikis, Papamichael, Tsachtsiris, Soras, and Makios (2008), "Integrating compact printed antennas onto small diversity/MIMO terminals," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 56, pp 2067-2078 [40] Ketzaki and Yioultsis (2013), "Metamaterial-Based Design of Planar Compact MIMO Monopoles," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 61, pp 2758 - 2766 [41] Krewski, Schroeder, and Solbach (2012), "MIMO LTE antenna design for laptops based on theory of characteristic modes," in The 6th European Conference on Antennas and Propagation (EUCAP), pp 1894-1898 [42] Krzysztofik (2009), "Modified Sierpinski fractal monopole for ISM-bands handset applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 57, pp 606615 [43] Kulkarni and Sharma (2012), "A multiband antenna with MIMO implementation for USB dongle size wireless devices," Microwave and Optical Technology Letters, vol 54, pp 1990-1994 [44] Kumar and Ray (2002), Broadband Microstrip Antennas: Artech House [45] Lai, Leong, and Itoh (2007), "Infinite Wavelength Resonant Antennas With Monopolar Radiation Pattern Based on Periodic Structures," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 55, p 10 [46] Lee, Chen, and Hsu (2009), "Integrated dual planar inverted-F antenna with enhanced isolation," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 8, pp 963-965 [47] Lee, Hong, and Choi (2010), "Design of an ultra-wideband MIMO antenna for PDA applications," Microwave and Optical Technology Letter, vol 52, pp 2165–2170 122 [48] Lee, Kim, Kim, and Yu (2006), "Wideband Planar Monopole Antennas With Dual Band-Notched Characteristics," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol 54, pp 2800-2806 [49] Lee, Kim, Ryu, and Woo (2012), "A Compact Ultrawideband MIMO Antenna With WLAN Band-Rejected Operation for Mobile Devices," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 11, p [50] Lee and Lee (2007), "Zeroth Order Resonance Loop Antenna," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 55, pp 994-997 [51] Lee, Leong, and Itoh (2006), "Composite right/left-handed transmission line based compact resonant antennas for RF module integration," IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol AP-54, p [52] Li, Chu, and Huang (2012), "A Compact Wideband MIMO Antenna With Two Novel Bent Slits," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 60, pp 482-489 [53] Li, Xiong, and He (2009), "A compact planar MIMO antenna system of four elements with similar radiation characteristics and isolation structure," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 8, pp 1107-1110 [54] Lim, Kim, Ahn, Jeong, and Nam (2005), "Design of lowpass filters using defected ground structure," IEEE Transactions On Microwave Theory and Techniques, vol 53, p [55] Lin and Huang (2009), "Ultra-wideband MIMO antenna with enhanced isolation," Microwave and Optical Technology Letter, vol 51, pp 570-573 [56] Lin, Wu, Lai, and Ma, "Novel dual-band decoupling network for two-element closely spaced array using synthesized microstrip lines," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 60, p 11 [57] Liu, Cheung, and Yuk (2013), "Compact MIMO Antenna for Portable Devices in UWB Applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 61, pp 4257-4264 [58] Liu, Wang, Yin, and Wang (2014), "Closely Spaced Dual Band-Notched UWB Antenna for MIMO Applications," Progress In Electromagnetic Research C, vol 46, pp 109-116 [59] Lui, Wang, and Chung, "Two nearby dual-band antennas with high port isolation," presented at the IEEE Antennas Propagat Symp Dig., San Diego [60] M and J (2011), "Dual-band MIMO antenna using polarization diversity for 4G mobile handset application," Microwave and Optical Technology Letter, vol 53, pp 2075–2079 [61] M.1457-8 (May 2009), "Detailed specifications of the radio interfaces of international mobile telecommunications-2000 (IMT-2000)." [62] M.Pozar (2012), Microwave Engineering: Wiley [63] Ma, Liang, Jayasuriya, and Yeo (2008), "A Wideband and High Rejection Multimode Bandpass Filter Using Stub Perturbation," IEEE Microwave and Wireless Components Letters vol 19, p 123 [64] Mak, Rowell, and Murch (2008), "Isolation Enhancement Between Two Closely Packed Antennas," IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol 56, pp 3411-3419 [65] Mehdipour, Rosca, Sebak, Trueman, and Hoa (2010), "Full-Composite Fractal Antenna Using Carbon Nanotubes for Multiband Wireless Applications," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters vol 9, pp 891-894 [66] Moharram and Kishk (2013), "General Decoupling Network Design between two Coupled Antennas for MIMO Applicatios," Progress In Electromagnetics Research Letters, vol 37, pp 133-142 [67] Molisch (2011), Wireless Communications: John Wiley& Sons Ltd [68] Monti, Catarinucci, and Tarricone (2009), "Compact microstrip antenna for RFID applications," Progress In Electromagnetics Research Letters, vol 8, pp 191-199 [69] Najam, Duroc, and Tedjini (2010), "A four-element Ultra Wideband (UWB) diversity antenna," IEEE Antennas and Propagation Society International Symposium (APSURSI), p [70] Najam, Duroc, and Tedjni (2011), "UWB-MIMO antenna with novel stub structure," Progress In Electromagnetic Research C, vol 19, pp 245-257 [71] Ojaroudi, Ojaroudi, and Halili (2012), "Design of triple-band monopole antenna with meander line structure for MIMO application," Microwave and Optical Technology Letter, vol 54, pp 2168–2172 [72] Park and Jung (2010), "Compact MIMO antenna with high isolation performance," Electronics Letters, vol 46, pp 390-391 [73] Paulraj, Gorem, and Nabar (2003), Introduction to Space-time Wireless Communications: Cambridge University Press [74] Pelosi, Knudsen, and Pedersen (2012), "Multiple antenna systems with inherently decoupled radiators," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 60, pp 503-515 [75] Pigozzo, Giltrelli, Sacchetto, Assalini, and Capobianco (2012), "A compact monopole MIMO array for the 5–6 GHz band," Microwave and Optical Technology Letters, vol 54, pp 1854-1858 [76] Rajagopalan, G.Gupta, A.S.Konanur, B.Hughes, and G.Lazzi (2007), "Increasing channel capacity of an ultrawideband MIMO system using vector antennas," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 55, pp 2880-2887 [77] Rappaport (2002), Wireless communications: Principle and Practice: Prentice Hall [78] Ryu and Kishk (2009), "UWB Antenna With Single or Dual Band-Notches for Lower WLAN Band and Upper WLAN Band," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 57, pp 3942-3950 [79] Sanada, Kimura, Awai, Caloz, and Itoh (2004), "A planar zeroth-order resonator antenna using a left-handed transmission line," in 34th European Microwave Conference pp 1341-1344 [80] Saou-Wen (2010), "High-Gain Dual-Loop Antennas for MIMO Access Points in the 2.4/5.2/5.8 GHz Bands," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 58, pp 2412-2419 124 [81] See and Chen (2009), "An ultrawideband diversity antenna," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 57, pp 1597–1605 [82] Sharawi), Printed mimo antenna engineering: Artech House, 2014 [83] Sharawi, Jan, and Aloi (2012), "Four-shaped 2×2 multi-standard compact multipleinput–multiple-output antenna system for long-term evolution mobile handsets," IET Microwaves, Antennas & Propagation vol 6, pp 685 – 696 [84] Sharawi, Numan, Khan, and Aloi (2012), "A Dual-Element Dual-Band MIMO Antenna System With Enhanced Isolation for Mobile Terminals," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 11, pp 1006-1009 [85] Shin and Park (2010), "A monopole antenna with a magneto-dielectric material and its MIMO application for 700 MHz-LTE-band," Microwave and Optical Technology Letters, vol 52, pp 2364-2367 [86] Sievenpiper, Zhang, Broas, Alexopolous, and Yablonovitch (1999), "Highimpedance electromagnetic surfaces with a forbidden frequency band," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol 47, pp 2059-2074 [87] SIMONS (2001), Coplanar Waveguide Circuits, Components, and Systems: John Wiley & Sons [88] Su, Lee, and Chang (2012), "Printed MIMO-antenna system using neutralizationline technique for wireless USB-dongle applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 60, pp 456-463 [89] Sung, Kim, and Kim (2003), "Harmonics reduction with defected ground structure for a microstrip patch antenna," IEEE Antennas Wireless Propagation Letters, vol 2, pp 111-113 [90] Telatar (1999), "Capacity of multi-antenna Gaussian channels," European Transactions on Telecommunications, vol 10, pp 585-595 [91] Thaysen and Jakobsen (2006), "Envelope correlation in (N, N) MIMO antenna array from scattering parameters," Microwave and Optical Technology Letters, vol 48, pp 832-834 [92] Wang, Zhao, Li, and Lin (2010), "Dual-band bandpass filter using stub loaded resonators with multiple transmission zeros," 9th International Symposium on Antennas Propagation and EM Theory (ISAPE), pp 1208-1211 [93] Wei-Yu, Wei-Ji, and Chun-Yih (2012), "Multiband 4-port MIMO antenna system for LTE700/2300/2500 operation in the laptop computer," in Asia-Pacific Microwave Conference Proceedings (APMC), pp 1163-1165 [94] Weng, Gue, Shi, and Chen (2008), "An overview on defected ground structure," Progress In Electromagnetics Research B, vol 7, p 17 [95] Winters (1994), "The diversity gain of transmit diversity in wireless systems with Rayleigh fading," IEEE International Conference on Communications, 1994 ICC '94, SUPERCOMM/ICC '94, Conference Record, 'Serving Humanity Through Communications, pp 1121-1125 [96] Wong, Su, and Kuo (2003), "A printed ultra-wideband diversity monopole antenna," Microwave and Optical Technology Letters, vol 38, pp 257-259 125 [97] Woo Kyoung, Myun-Joo, Young-Seek, Byeongkwan, Hyunho, Byungje, et al (2011), "Multiband LTE MIMO antenna for laptop applications," in IEEE International Symposium on Antennas and Propagation (AP-S/URSI), pp 13541356 [98] Yang, Kim, Kim, Wee, Kim, and Jung (2010), "Quad-Band Antenna With High Isolation MIMO and Broadband SCS for Broadcasting and Telecommunication Services," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 9, pp 584-587 [99] Yang and Rahmat-Samii (2003), "Microstrip antennas integrated with electromagnetic band-gap (EBG) structures: A low mutual coupling design for array applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 51, pp 29362946 [100] Yoo, Kahng, and Kim (2011), "A compact MIMO antenna using ZOR split ring resonator radiators with a decoupling structure," Microwave journal, vol 54, pp S26-S31 [101] Zhang, Lau, Sunesson, and He (2012), "Closely-packed UWB MIMO/diversity antenna with different patterns and polarizations for USB dongle applications," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 60, pp 4372-4380 [102] Zhang, Ying, Xiong, and He (2009), "Ultrawideband MIMO/diversity antennas with a tree-like structure to enhance wideband isolation," IEEE Antennas Wireless Propagation Letter, vol 8, pp 1279-1282 [103] Zhao, Liu, Cheung, and Cao (2014), "Dual-band MIMO antenna using double-T structure for WLAN applications," International Workshop on Antenna Technology, p [104] Zhao and Wu (2015), "A Dual-Band Coupled Resonator Decoupling Network for Two Coupled Antenna," IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol 63, p [105] Zhao, Yeung, and Wu (2014), "A Coupled Resonator Decoupling Network for Two Element Compact Antenna Arrays in Mobile Terminals," IEEE Transaction on Antennas and Propagation, vol 62, pp 2767-2776 [106] Zheng and Tse (2003), "Diversity and multiplexing: A fundamental tradeoff in multiple-antenna channels," IEEE Transactions on Information Theory, vol 49, pp 1073-1096 [107] Zhengyi, Zhengwei, Takahashi, Saito, and Ito (2012), "Reducing Mutual Coupling of MIMO Antennas With Parasitic Elements for Mobile Terminals," IEEE Transactions on Antennas and Propagation vol 60, pp 473-481 [108] Zhu and Eleftheriades (2009), "A Compact Transmission-Line Metamaterial Antenna With Extended Bandwidth," IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol 8, pp 295-298 [109] Zysman and Johnson (1969), "Coupled transmission line networks in an inhomogeneous dielectric medium," IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol MTT-17, pp 753-759