Chapter 2

  • Uploaded by: Anil Bhardwaj
  • 0
  • 0
  • May 2020
  • PDF

This document was uploaded by user and they confirmed that they have the permission to share it. If you are author or own the copyright of this book, please report to us by using this DMCA report form. Report DMCA


Overview

Download & View Chapter 2 as PDF for free.

More details

  • Words: 1,764
  • Pages: 7
CHAPTER‐2 

Chapter­2  Literature review  2.    2.1

  Mobile Communication Evolution and Multiband  Antennas  Introduction   The  literature  review  shows  some  descriptions  of  the  low  profile  antenna 

especially  about  the  multiband  frequencies  that  they  can  operate  at  GSM900,  DCS1800, PCS1900, and UMTS2000.It also study the performance of them in terms  of  input  impedance,  field  patterns  and  gain.  A  number  of  papers  explaining  the  different types of multiband antennas for multiple frequencies are presented here.    

2.2    The Evolution of Mobile Telephone Systems   Cellular  is  one  of  the  fastest  growing  and  most  demanding  telecommunications  applications.  Today,  it  represents  a  continuously  increasing  percentage of all new telephone subscriptions around the world. Over the last 12  years, the telecommunication/ICT sector has undergone major changes. With high  growth  in  the  mobile  sector,  mobile  penetration  rates  stood  at  more  than  40  percent  at  the  end  of  2006.  ITU  data  suggest  that  the  number  of  mobile  cellular  subscribers surpassed the 3 billion mark in August 2007. At current growth rates,  global mobile penetration is expected to reach 50 percent by early 2008. Despite  major  differences  between  the  developed  and  the  developing  world,  mobile  services  have  been  critical  in  enhancing  access  to  telecommunications  in  many  developing  regions  and  rural  areas,  where  fixed  lines  remain  limited  or  non‐ existing [51]. The concept of cellular service is the use of low‐power transmitters  where frequencies can be reused within a geographic area.  

  ‐ 14 ‐   

CHAPTER‐2 

2.3    Historical Review  The  idea  of  cell‐based  mobile  radio  service  was  formulated  in  the  United  States at Bell Labs in the early 1970s. However, the Nordic countries were the first  to  introduce  cellular  services  for  commercial  use  with  the  introduction  of  the  Nordic Mobile Telephone (NMT) in 1981.   Cellular systems began in the United States with the release of the advanced  mobile phone service (AMPS) system in 1983. The AMPS standard was adopted by  Asia, Latin America, and Oceanic countries, creating the largest potential market in  the world for cellular.   In the early 1980s, most mobile telephone systems were analog rather than  digital,  like  today's  newer  systems.  One  challenge  facing  analog  systems  was  the  inability  to  handle  the  growing  capacity  needs  in  a  cost‐efficient  manner.  As  a  result,  digital  technology  was  welcomed.  The  advantages  of  digital  systems  over  analog systems include ease of signaling, lower levels of interference, integration  of transmission and switching, and increased ability to meet capacity demands.    

2.4   Different Designs Available on Literature:   2.4.1  Design  of  a  Multiband  Internal  Antenna  for  Third     Generation Mobile Phone Handsets   A novel triple‐band antenna that consists of a driven meander‐line element  and  two  parasitic  coupled  elements  has  been  presented  in  [11].  The  geometrical  configuration,  size,  and  proximity  of  the  driven  and  parasitic  elements  help  materialize  the  desired  multiband  operation.  The  complete  antenna  assembly  is  internal to the handset. The antenna can be tuned to operate either in the 824–894  MHz, 880–960 MHz, and 1850–1990 MHz bands or in the 824–894 MHz, 880–960  MHz, and 1710–1880 MHz bands.   The concept described in the paper can also be used to achieve other triple  or  multiband  operations.  The  size  of  the  antenna  is  50  mm  X  10  mm  X  6  mm  (3  cm3) or less. The analysis of the antenna is conducted using a full‐wave method of  ‐ 15 ‐   

CHAPTER‐2 

moments  (MoM)  software  package  called  IE3D.  The  present  analysis  of  the  antenna  does  not  contain  the  effect  of  the  user’s  head  and  hand  on  the  antenna  impedance and pattern characteristics.    

2.4.2  Multiband  Folded  Planar  Monopole  Antenna  for  Mobile Handsets   Another multiband handset antenna that can afford multiband applications  in the mobile systems, including GSM (880–960 MHz), DCS (1720–1880 MHz), PCS  (1850–1990 MHz), UMTS (1920 2170 MHz), and ISM bands (2400–2484 MHz) has  been presented in [12].   The planar monopole antenna can be constructed into different shapes such  as  circle,  square,  trapezoidal,  or  pentagonal.  Among  these  shapes,  the  square  planar  monopole  is  favorable  for  its  consistent  radiation  pattern  over  the  operation bandwidth. However, it has a large ground plane size and antenna height  (h)  (larger  than  one  tenth  of  the  lowest  operating  frequency),  which  make  it  unsuitable for using in mobile phones. Recently, the antenna is integrated with the  ground  plane  of  the  circuit  board  of  the  mobile  phone.  However,  the  proposed  configuration,  with  a  shorted  rectangular  patch,  covers  only  about  10%  of  the  operation bandwidth.   The design mainly consists of a folded rectangular planar monopole and an  inverted  L‐shape  ground  plane  to  meet  the  needs  for  multiband  operation  and  antenna size reduction. Furthermore, the design has many advantages for mobile  phone  applications,  such  as  low  cost,  simple  structure,  compact  size,  very  wide  bandwidth, acceptable radiation efficiency, and omni‐directional radiation pattern.    

2.4.3  A Low­Profile Planar Monopole Antenna for Multiband  Operation of Mobile Handsets   Another  novel  planar  monopole  antenna  design  with  a  very  low  profile  antenna  (height  less  than  0.04  times  the  operating  wavelength  in  the  free  space)  ‐ 16 ‐   

CHAPTER‐2 

(the  total  antenna  height  is  only  12  mm  for  operating  at  the  900‐MHz  band)  has  been  presented  in  [13].  The  proposed  antenna,  12  mm  in  height  and  30  mm  in  width  has  been  constructed,  and  the  obtained  bandwidths  cover  the  900‐MHz  band  global  system  for  mobile  communication  (GSM),  1800‐MHz‐band  digital  communication  system  (DCS),  1900‐MHz‐band  personal  communication  system  (PCS), and 2050‐MHz‐band universal mobile telecommunication system (UMTS).  

  2.4.4  Design  of  an  Internal  Quad­Band  Antenna  for  Mobile  Phones   The  antenna  presented  in  [14],  combines  several  techniques  applied  simultaneously  which  are  necessary  to  reduce  the  size  of  these  antennas  while  maintaining  good  multiband/wideband  performance.  The  main  resonator  is  a  dual‐band  PIFA  antenna  tuned  to  operate  at  center  frequencies  of  935  MHz  and  1930 MHz. The introduction of a slot into this element allows a frequency decrease  of  its  fundamental  resonance  while  the  use  of  an  end  positioned  capacitive  load  allows its higher order modes to be decreased in frequency.   The addition of three quarter‐wavelength parasitic elements is used here to  create  new  resonances,  and  thus  enlarge  both  lower  and  upper  impedance  bandwidth. These new resonances are tuned thanks to a lengthening by capacitive  loads.  This  antenna  covers  the  GSM  standard  (Global  System  for  Mobile  communications,  880–960  MHz)  with  a  VSWR  (Voltage  Standing  Wave  Ratio)  better  than  2.5  and  also  the  DCS  (Digital  Communication  System,  1710–1880  MHz),  PCS  (Personal  Communication  Services,  1850–1990  MHz)  and  UMTS  (Universal Mobile Telecommunications System, 1920–2170 MHz) standards with a  VSWR less than or equal to 2.        

‐ 17 ‐   

CHAPTER‐2 

2.4.5  Compact Internal Multiband Antenna for Mobile Phone  and WLAN Standards   The  antenna  presented  in  [15],  is  based  on  the  quad‐band  structure,  and  another  technique  is  applied  here  to  achieve  the  tuning  of  its  higher  order  resonances in the WLAN band.   The resulting structure is a well matched antenna in the GSM and the 2 GHz  bands. Three quarter wavelength type, parasitic shorted patches are then added to  widen  these  bandwidths.  Each  one  is  connected  to  the  ground  plane  by  metallic  strips  and  located  near  the  main  patch  in  order  to  be  efficiently  electromagnetically  coupled.  A  meticulous  simulated  parametric  study  was  conducted on each patch by independently changing their physical parameters in  order to identify and control their higher‐order modes around 5 GHz. It was found  that the tuning and matching process of the resonances of all the parasitic led to  only small modifications.    

2.4.6   Multiband Internal Antenna for Mobile Phones   A  new  internal  antenna  for  Multiband  cell  phones  comprise  a  U‐shaped  elongated flat conductor featuring a closed meandered slot, a ground and a feed leg  has  been  presented  in  [16].  A  novel  antenna  structure  for  multiband  mobile  phones is featuring the folded inverted conformal antenna (FICA) as the antenna  component.  The  FICA  placement  on  the  board  and  its  feeding  mechanisms  are  similar  to  those  used  currently  for  the  great  majority  of  handsets  with  internal  planar  inverted  F‐antenna  (PIFA)  components.  Whereas  multiband  PIFAs  exhibit  two resonant modes, which operate by sharing the available antenna volume, the  FICA structure is synthesized in order to sustain three resonant modes that reuse  the volume.   The  implementation  of  volume  reuse  allows  spreading  of  the  reactive  electromagnetic  energy  associated  with  each  resonant  mode  across  the  entire 

‐ 18 ‐   

CHAPTER‐2 

antenna  volume.  Consequently  the  FICA  modes  exhibit  a  wider  fractional  bandwidth than the corresponding PIFA modes.   A dual‐band PIFA component, when coupled with the handset circuit board,  exhibits one resonance in the low cellular band 900 MHz, and one in the high band  1800  MHz.  The  FICA  exhibits  two  resonances  in  those  bands,  plus  an  additional  resonant  mode  that  can  be  typically  tuned  to  extend  the  higher  cellular  band  coverage.    

2.4.7  Conformal  Shaped  PIFAs  for  Mobile  Communication  Applications   Radiators  of  two  different  configurations  are  considered  in  [17]    and  they  are  (a)  Semi‐circular  shaped  radiator  for  GPS  bands,  and  (b)  Embedded  PIFAs  having  the  contour  of  a  back‐housing  of  a  typical  cellular  handset  and  exhibiting  cellular  dual  and  tri  band  performance.  While  conventional  Micro  strip  antenna  designs  are  based  on  half‐wavelength  of  operation,  the  PIFA  designs  invoke  the  quarter‐wavelength operation.   The  quarter  wavelength  of  PIFA  operation  is  due  to  the  connection  of  the  radiating element to the ground plane through a shorting strip  or pin. This paper  extends  the  scope  of  using  a  single  feed  for  dual  band  semi  circular  PIFA  design  and  the  advantages  of  the  proposed  design.  This  paper  also  proposes  embedded  PIFAs  with  radiators  conforming  to  the  contour  of  the  back‐housing  of  a  typical  cellular handset.   The proposed embedded PIFA allows its formation as an integral part of the  back housing. The radiating element of the PIFA conforming to the contour of the  device also enables the optimum utilization of the available volume marked for the  internal antenna.      

  ‐ 19 ‐   

CHAPTER‐2 

2.4.8   New Compact Six­Band Internal Antenna   This  paper  [18]  presents  a  novel  compact  six‐band  internal  antenna  for  mobile  handsets  covering  the  GSM900,  GPS1570,  DCS1800,  PCS1900,  WCDMA2000,  and  ISM2450  bands.  The  proposed  antenna  consists  of  two  layer  patches and a folded stub. The two patches share a common shorting strip, while  the folded stub is not grounded. The antenna was realized within a volume of 8 X  17 X36 mm3.    

2.4.9   Intelligent Quadrifilar Helix Antenna   The  paper  [19]  introduces  the  concept  of  the  intelligent  quadrifilar  helix  antenna  (I‐QHA)  as  an  antenna  for  handled  mobile  terminals.  The  potential  advantages  of  using  the  I‐QHA  in  both  terrestrial  and  satellite  mobile  communications  are  presented.    The  I‐QHA  may  be  used  as  a  multiband  or  multimode antenna, allowing a handset to operate in different frequencies bands  and  in  both  terrestrial  and  satellite  communications  environment.  The  adaptive  matching  component  of  the  I‐QHA  not  only  matches  the  antenna  for  different  frequency bands, hut counters the detuning effects caused by the user.    

‐ 20 ‐   

Related Documents

Chapter 1 - Chapter 2
June 2020 62
Chapter 2
December 2019 12
Chapter 2
May 2020 5
Chapter 2
May 2020 4
Chapter 2
October 2019 24
Chapter 2
May 2020 8

More Documents from "Jackie"