Evaluación experimental de capacidad mimo de arreglos de antenas PIFA compactos en banda de 2.45 GHz

Experimental evaluation of mimo channel capacity for compact arrays of pifa antennas at 2.45 ghz band

En este trabajo se presentan resultados experimentales de medición de canal y evaluación de capacidad MIMO (MultipleInput Multiple Output) de arrays de antenas PIFA (Planar Inverted “F” Antenna) compactos en la banda de frecuencia de 2,45 GHz, en entornos interiores ricos en multitrayecto. Se evalúan dos configuraciones básicas de arrays, Lineal y Cuadrada de cuatro antenas PIFA, cuyas características de bajo perfil y grados de libertad de construcción y configuración constituyen ventajas comparativas para aplicaciones con terminales compactos potables. Las mediciones de la matriz de canal MIMO se hacen utilizando un VNA (Vector Network Analyzer) controlado vía estándar GPIB (General Purpose Interface Bus). La capacidad MIMO se evalúa estadísticamente para un gran número de medidas del canal, en espacio y frecuencia, con separación de antenas en cada array de 0,1 a 0,8 longitudes de onda, con el objetivo principal de estudiar el efecto del acoplamiento mutuo en la capacidad MIMO. Los resultados de capacidad medida muestran que las configuraciones propuestas más eficientes pueden operar como mínimo hasta separaciones de antenas en el rango de 0,3 a 0,4 longitudes de onda, sin producir gran degradación de capacidad debido al acoplamiento y bloqueo de señal. Este resultado implica separaciones cercanas a 4 cm y, en consecuencia, arrays significativamente compactos.

INTRODUCCIÓN

Los sistemas multiantena para comunicaciones inalámbricas MIMO (Multiple Input Multiple Output) [1-3] basan su extraordinario potencial de capacidad o eficiencia espectral en condiciones donde la correlación entre señales de cada elemento de antena del array sea baja. Esto se puede lograr en entornos de propagación multicamino dispersivos y con arrays cuyo espaciamiento entre elementos sea suficiente [4]. Sin embargo, la implementación de arrays multiantenas en equipos portables requiere que éstos sean compactos y, en consecuencia, esto es una limitante para lograr los beneficios de los sistemas MIMO. Poca investigación experimental se ha hecho respecto a tipos de antena y configuraciones de arrays que exploten de forma eficiente la capacidad MIMO con restricciones de espacio utilizado, excepto [5, 6], por lo que los resultados obtenidos en este trabajo constituyen un aporte en este sentido.

En este trabajo se presentan resultados experimentales de medición de canal y evaluación de capacidad MIMO 4x4 para dos configuraciones básicas de arrays, Lineal y Cuadrada, utilizando como elemento la antena PIFA (Planar Inverted “F” Antenna) [7,8], cuyas características de bajo perfil, pequeñas dimensiones, gran ancho de banda, y en particular su estructura con varios grados de libertad geométrica, permiten una mayor flexibilidad de diseño y configuraciones que ameritan ser estudiadas.