Design of Backhual Radio System for Outdoor to Indoor Signal Distribution

published

DOI http://dx.doi.org/10.25098/1.1.112

Issue

Vol 1- Issue 1 June 2017

Section

Engineering

 

Lway Faisal Abdulrazak

Computer Science Department,  Faculty of science , Cihan university-slemani , Kurdistan Region , Iraq

received :  16-11-2016           revised:  5-12-2016

accepted : 12-1-2017            published :  30^th June 2017

 

 

---

Abstract

A simple design of integrated system for wireless backhaul network that can work as a wireless bridge and access point had been developed in this paper. This system has a circular polarization (CP) patch antenna built for IEEE 802.11b/g standard (2.4GHz ~ 2.4835 GHz frequency band) and intended to point to multi point link. Another antenna is designed on frequency range 5.725 ~ 5.825GHz unlicensed band IEEE802.11a standard to point to point link. Therefore, two antennas on different frequencies and polarizations have been developed and finally incorporated on one router board. First antenna is a single-feed microstrip. The antenna substrate has an air-layer with thickness about 2.5% of the wavelength at a resonant operating frequency. The two truncated opposite corners technique are used to obtain the circular polarized operation by selecting an optimal size of truncating. A flat ground plane with an optimal position for the probe pin is used to generate an impedance matching with a wide bandwidth. Measured -10dB bandwidth is 14.3%, maximum gain and half-power beamwidth are, -41dB, 8.3 dBi, 60° respectively. Second antenna used is Radial Waveguide Slot Array Antenna (RWSA), which is directional antenna and used for main internet source. Return loss, gain and radiation pattern simulated by software which is developed on Borland C++ 5.0. Tests were setup in different environments, in the lab and outdoors and practical measurements have been taken to validate the simulation results and performance. The proposed design can find its applications in wireless communication systems, especially where cost-effective high-speed wireless Internet access service is required.

 

 

Keywords: RWSA, Wireless Backhaul, circularly-polarized antenna, WLAN

الملخص

هذا البحث هو تصميم وتطويرلشبكة لاسلكية تعمل كبرج ونقطة توزيع في آن واحد. النظام متكون من هوائيين احدهما للتوزيع الداخلي ذو استقطاب دائري، يعمل على التردد  (2.4GHz ~2.4835 GHz band). والهوائي الاخر يعمل على تردد  5.725 ~ 5.825GHz band. الهوائي الأول هو متغير ذو تغذية واحدة. الركيزة الاساسية للهوائي لديها طبقة الهواء ذات سمك 2.5٪ من طول الموجة على تردد تشغيل الرنين. بالنسبة للهوائي الاول تستخدم تقنية عكس الزوايا للحصول على عملية الاستقطاب الدائري عن طريق تحديد الحجم الأمثل للاقتطاع. وتستخدم طبقة معدنية مسطحة مع الموقف الأمثل للإبرة لتوليد مقاومة مع عرض النطاق الترددي الواسع. عرض النطاق الترددي -10db  هو 14.3٪، والحد الأقصى للربح على إشعاع نصف القدرة هي -41db، 8.3dBi،عند 60 درجة على التوالي. الهوائي الثاني المستخدم هو شعاعي الدليل الموجي ذو فتحة الصفيف، ويستخدم لمصدر الإنترنت الرئيسي. صمم بواسطة برنامج البورلاند C ++ 5.0.  وكانت اختبارات الإعداد مطبقة في المختبر وفي الهواء الطلق واتخذت القياسات العملية للتحقق من صحة نتائج المحاكاة والأداء. التصميم المقترح يمكن استخدامه في أنظمة الاتصالات اللاسلكية، وخاصة التي تتطلب خدمة الدخول إلى شبكة الإنترنت اللاسلكية عالية السرعة الاقتصادية من حيث التكلفة.

.پوخته
ئه‌م توێژینه‌وه‌یه بایه‌خ به مه‌خشه‌سازی و په‌ره‌پێدانی سیسته‌می بێته‌ل ده‌کات که وه‌ک تاوه‌رێک و له هه‌مان کاتدا وه‌ک خاڵی دابه‌شکردن کار ده‌کات. سیسته‌مه‌که پێکهاتووه له دوو ئانتێن که یه‌کێکیان بۆ دابه‌شکردنی ناوخۆیه‌ و خاوه‌ن جه‌مسه‌ربه‌ندیه‌کی بازنه‌ییه و کار له‌سه‌ر فریکوێنسی (2.4GHz ~2.4835 GHz band ده‌کات، ئانتێنه‌که‌ی تریش کار له‌سه‌ر فریکوێنسی 5.725 ~ 5.825GHz band. ئه‌نتێنای یه‌که‌م گۆڕاوێکی خاوه‌ن یه‌ک فیده‌ره، خه‌سڵه‌تی سه‌ره‌کی ئه‌م ئه‌نتێنایه بوونی چینێکی هه‌وایه به ئه‌ستوورایی ٢.٥% ی درێژه شه‌پۆله‌که له کارکردنی فریکوێنسیه‌که. هه‌رچی ئه‌نتێنای یه‌که‌مه ته‌کنیکێک ده‌خاته کار که پێچه‌وانه‌ی گۆشه‌کانه بۆ گه‌یشتن به کرداری جه‌مسه‌ربه‌ندی بازنه‌یی له ڕێگای دیاریکردنی بارسته‌ی نموونه‌یی بڕینه‌که. توێژێکی کانزایی رووته‌ختیش به‌کار دێت له‌گه‌ڵ شوێنگه‌یه‌کی نموونه‌یی و گونجاوی ده‌رزییه‌که بۆ بنیادنانی به‌رگریه‌ک گونجاو له‌گه‌ڵ ڕووته‌ختی چێوه فراوانه‌که. پێوه‌ری چێوه‌ی فریکوێنسی 10db %14.3 زۆرترین بڕی به‌ده‌ستهاتوو له تیشکه‌کانی نیوه‌-هێز 8.3dBi, 41db بریتیه له ٦٠ پله‌ی یه‌کبه‌دووایه‌ک . ئه‌نتێنای دووه‌می خراوه‌کار بریتیه له تیشکه ڕێنمای شه‌پۆلیه که خاوه‌ن ده‌رچه‌یه‌که و وه‌ک سه‌رچاوه‌ی یه‌که‌می ئینته‌رنێت به‌کار دێت. نه‌خشه‌ڕێژی کراوه به‌هۆی به‌رنامه‌ی بۆرلاند C++5.0 ئه‌زموونه‌کانی ئاماده‌کردن له‌ناو تاقیگه و له هه‌وای کراوه‌شدا جێبه‌جێکراوه و پێوه‌ری کرداری وه‌رگیراوه بۆ دڵنیا بوون له ئه‌نجامه‌کانی کارکردن. نه‌خشه‌سازی پێشنیارکراو ده‌کرێت له سیستمی په‌یوه‌ندیه‌کانی بێته‌ل به‌کاربێت، به تایبه‌ت له کاتێکدا که چوونه ناو تۆڕه‌کانی ئینته‌رنێتی بێته‌ل (وایه‌رلێس) ی خێرا و گونجاو له ڕووی ئابووریه‌وه، پێویسته.

 

References

1. S. Chang and K. L. Wong, “A broadband probe-fed planar patch antenna with a short probe pin,” Microwave Opt. Technol.Lett., vol. 31, pp. 282-284, Nov. 2001.
2. Islam MR, Faisal L, Abd T. Rahman,“simple Integrated Systems for Wireless Backhaul Networks”. InInternational Conference on Computer & Communication Engineering (ICCCE’08), Kuala Lumpur, Malaysia 2008 (pp. 570-573).
3. Goto, N., and Yamamoto, M. Circularly polarization Radial Line Slot Antennas, IECE Japan Technical Report, AP80-57, Aug 1980.
4. K.C. Kelly, Recent Annular Slot Array Experiments, IRE National Convection Records, vol. 5, pp. 144-151, March 1957.
5. Kelly, K. C. and Goebels, F. J. Jr, Annular Slot Monopulse Antenna Arrays, IEEE Trans. Antennas Propag, AP-12, 391, 1964.
6. Ando, T.Numuta, J. Takada, & N.Goto, A Linearly Polarized Radial Line Slot Antenna, IEEE Trans. Ant. Propagat, vol. 36, pp. 1675-1680, December 1988.
7. Islam MR, Faisal L, Abd Rahman T. Simple integrated system for wireless backhaul networks. In2008 International Conference on Computer and Communication Engineering 2008 May 13 (pp. 341-345). IEEE.
8. AbdulRazak LF, Rahman TA. Development of Low Profile Undirectional Antenna for Wireless Local Area Network Application (Doctoral dissertation, Universiti Teknologi Malaysia).
9. Park, J.-S. and H.-K. Choi,“The design of broadband omnidirectional horizontally polarized dipole antennas with branch lines,” Microw. Opt. Technol. Lett., Vol. 57, 2901–2905, 2015.
10. Garg, P. Bhartia, I. Bahl, and A. Ittipiboon, Microstrip Antenna DesignHandbook. Norwood, MA: Artech House, 2001.
11. Li, J. Ou Yang, and P. Yang, “A circularly polarized compact antenna for UHF band RFID reader,”Progress In Electromagnetics Research Letters, Vol. 42, 119-127, 2013.
12. Tharek, A. R., Farah Ayu, I.K. Theoretical Investigations of Linearly Polarized Radial Line Slot Array (RLSA) Antenna for Wireless LAN Indoor Application at 5.5GHz. 11th Mediterranean Electrotechnical Conference. pp. 364 -367, 7-9 May 2002.
13. Zhang, P.-F., S.-Z. Liu, and S. Zhao, “A novel reconfigurable microstrip patch antenna with frequency and polarization diversities,” Microwave and Optical Technology Letters, Vol. 57, No. 6, 1494–1500, Jun. 2015.
14. Abdulrazak LF, Rahman TA. Uni-omnidirectional radial waveguide slot array antenna design for wireless local area network. In2008 Asia-Pacific Symposium on Electromagnetic Compatibility and 19th International Zurich Symposium on Electromagnetic Compatibility 2008 May 19 (pp. 562-565). IEEE.
15. Aswad AK, Abdulrazak LF, Rahman TA. Design and development of high-gain wideband circularly polarized patch antenna. In2008 IEEE International RF and Microwave Conference 2008 Dec 2 (pp. 109-111). IEEE.

 

.