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Ingeniare. Revista chilena de ingeniería, vol. 15 Nº 3, 2007, pp. 328-335

EVALUACIÓN EXPERIMENTAL DE CAPACIDAD MIMO DE ARREGLOS DE ANTENAS PIFA COMPACTOS EN BANDA DE 2,45 GHz1 EXPERIMENTAL EVALUATION OF MIMO CHANNEL CAPACITY FOR COMPACT ARRAYS OF PIFA ANTENNAS AT 2.45 GHz BAND
Héctor Carrasco E.2 Recibido 2 de agosto de 2007, aceptado 16 de octubre de 2007 Received: August 2, 2007 Accepted:October 16, 2007 RESUMEN En este trabajo se presentan resultados experimentales de medición de canal y evaluación de capacidad MIMO (Multiple Input 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 con guraciones básicas de arrays, Lineal y Cuadrada de cuatro antenasPIFA, cuyas características de bajo per l y grados de libertad de construcción y con guración 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 grannúmero 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 con guraciones propuestas más e cientes pueden operar como mínimo hasta separaciones de antenas en el rango de 0,3 a 0,4 longitudesde 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 signi cativamente compactos. Palabras clave: Medición de matriz de canal MIMO, capacidad de canal MIMO, antenas PIFA, acoplamiento mutuo, arrays de antenas. ABSTRACT This paper presents experimental results of indoor MIMOwireless channel and channel capacity evaluation for compact PIFA (Planar Inverted “F” Antenna) antenna arrays at the 2.45 GHz frequency band. Linear and square array con gurations are evaluated using PIFA antenna elements because of its advantages of low pro le and exible con guration design for compact and portable mobile terminals. Measurements are performed using a VNA with GPIB standard forautomatic data acquisition. MIMO channel capacity results are calculated from a large amount of data combining uncorrelated space and frequency measurements, obtaining results that are statistically representative. Antenna array size from 0.1 to 0.8 wavelengths are tested to evaluate the effect of mutual coupling. Results show that the most ef cient con gurations can provide high capacity for arraysize as small as 0.3 to 0.4 wavelengths, which is a signi cant compact array size for portable wireless terminals (about 4 centimeters for the tested frequency). Keywords: MIMO channel matrix measurement, MIMO channel capacity, PIFA antennas, mutual coupling, antenna arrays. INTRODUCCIÓN Los sistemas multiantena para comunicaciones inalámbricas MIMO (Multiple Input Multiple Output) [1-3] basan suextraordinario potencial de capacidad o e ciencia 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 su ciente [4]. Sin embargo, la implementación de arrays multiantenas en equipos portables requiere que éstos seancompactos y, en consecuencia, esto es una limitante para lograr los

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Este trabajo está apoyado por los proyectos Anillo PBCT-ACT-11/2004, Fondecyt 1070742 2007/8, Fondef D04-I1392 2006/7 y UTFSM 230721 2007. Departamento de Electrónica. Universidad Técnica Federico Santa María. Av. España 1680. Casilla Postal: 110-V. Valparaíso, Chile. Email: hce@elo.utfsm.cl

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