И. П. Ковалёв1, Н. И. Кузикова2
1, 2 Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (г. Нижний Новгород, Россия)

Постановка проблемы. В работе поставлена задача построения электрически малой поверхностной антенны для MIMO-системы связи. Считается, что размеры устройства и антенны малы по сравнению с длиной волны. Вначале предполагается, что металлический корпус устройства имеет форму сферы и электромагнитное поле представлено суммой полей сферических волн. Показано, что произвольное электромагнитное поле на электрически малой сфере определяется тремя независимыми коэффициентами и соответственно в MIMO-системе существуют три пространственных подканала. Отмечено, что три подканала образуются при измерении трех компонент магнитного поля на поверхности металлического корпуса. Сделано достоверное предположение, что результаты анализа поверхностной антенны на сфере переносятся на поверхности иной формы.

Цель. Рассчитать наибольшее число пространственных подканалов малогабаритной поверхностной антенны в многолучевом радиоканале и определить структуру многоэлементной антенны.

Результаты. Показано, что максимальное число пространственных подканалов электрически малой поверхностной антенны равно трем. Приведены эскизы трехканальных антенн.

Практическая значимость. Результаты данной работы представляют интерес при проектировании MIMO-систем связи.

Ковалёв И.П., Кузикова Н.И. Малогабаритная поверхностная антенна для многолучевых радиоканалов // Антенны. 2022. № 4. С. 18–25. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202204-02

1. Winters J.H. On capacity of radio communication systems with diversity in a Rayleigh fading environment // IEEE Journal on Selected Areas in Communication. 1987. V. 5. № 5. P. 871–878.
2. Foschini G.J., Gans M.J. On limits of wireless communications in fading environment when using multiple antennas // Wireless Personal Communications. 1998. V. 6. P. 311–335.
3. Liberti J.C., Rappaport T.S. Smart antennas for wireless communications. New York: Prentice Hall. 1999.
4. Kovalyov I.P. SDMA for multipath wireless cannels. Limiting characteristics and stochastic models. Berlin: Springer. 2004.
5. Barbarossa S. Multiantenna wireless communication systems. Boston: MA Artech House. 2005.
6. Ghosh S., Tran T., Le-Ngoc T. Dual-layer EBG-based miniaturized multi-element antenna for MIMO systems // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2014. V. 62. № 8. P. 3985–3997.
7. Sipal D., Abegaonkar M.P., Koul S.K. Easily extendable compact planar UWB MIMO antenna array // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2017. V. 16. P. 2328–2331.
8. Pei T., Zhu L., Wang J., Wu W. A low-profile decoupling structure for mutual coupling suppression in MIMO patch antenna // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2021. V. 69. № 10. P. 6145–6153.
9. Sventesson T., Jensen M.A., Wallace J.W. Analysis of electromagnetic field polarizations in multiantenna systems // IEEE Transactions on Wireless Communications. 2004. V. 3. № 2. P. 641–646.
10. Kovalyov I.P., Ponomarev D.M. Small-size 6-port antenna for three-dimensional multipath wireless channels // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2006. V. 54. № 12. P. 3746–3754.
11. Stuart H.R. Eigenmode analysis of small multielement spherical antennas // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 2008. V. 56. № 9. P. 2841–2851.
12. Вайнштейн Л.А. Электромагнитные волны. М.: Радио и связь. 1988.
13. Анго А. Математика для электро- и радиоинженеров: Пер. с франц. под ред. К.С. Шифрина. М.: Наука. 1967.
14. Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. Пер. с англ. под ред. В.А. Диткина и Л.Н. Карамазиной. М.: Наука. 1979.
15. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике: Пер. с англ. под ред. И.Г. Арамановича. М.: Наука. 1977.