ITRM20100391A1

ITRM20100391A1 - MINIATURIZED PRINTED ANTENNA WITH COMBINED REACTIVE LOADS

Info

Publication number: ITRM20100391A1
Application number: IT000391A
Authority: IT
Inventors: Luca Scorrano
Original assignee: Clu Tech Srl
Priority date: 2010-07-15
Filing date: 2010-07-15
Publication date: 2012-01-16

Description

DESCRIZIONE dell’Invenzione avente per TÌTOLO: DESCRIPTION of the Invention having for TÌTOLO:

“Antenna stampata Miniaturizzata con Carichi Reattivi Combinati" "Miniature Molded Antenna with Combined Reactive Loads"

Sommario Summary

Dispositivo, che permette di ricevere ed irradiare un campo elettromagnetico, dalle dimensioni estremamente ridotte ma dall’alta efficienza e larghezza di banda, realizzato in tecnologia stampata senza impiegare saldature, perforazioni e giunzioni, ed opportunamente caricato capacitivamente ed induttivamente. L’invenzione si colloca nel campo tecnico delie telecomunicazioni e nel campo applicativo della fabbricazione di dispositivi elettronici. Device, which allows to receive and radiate an electromagnetic field, with extremely small dimensions but with high efficiency and bandwidth, made in molded technology without using welding, perforations and joints, and suitably charged capacitively and inductively. The invention is located in the technical field of telecommunications and in the application field of the manufacture of electronic devices.

Descrizione Description

La presente invenzione riguarda un dispositivo elettromagnetico denominato Antenna stampata Miniaturizzata con Carichi Reattivi Combinati che permette di irradiare e ricevere con grande efficienza un campo elettromagnetico, caratterizzata da una grande ampiezza di banda, dimensioni ridotte ed un direttività analoga a quella di strutture radianti elettricamente più grandi. The present invention relates to an electromagnetic device called Miniaturized Printed Antenna with Combined Reactive Loads which allows an electromagnetic field to be radiated and received with great efficiency, characterized by a large bandwidth, small dimensions and a directivity similar to that of electrically larger radiant structures. .

Sono noti sul mercato e nella letteratura radiatori che, caricati reattivamente, permettono la riduzione delle dimensioni dell'antenna al costo di una variazione significativa della sua impedenza di ingresso; le antenne così realizzate ed attualmente disponibili sul mercato devono quindi essere adattate nuovamente al circuito di alimentazione tramite l’introduzione di una opportuna rete di adattamento. Il carico reattivo introdotto diminuisce inoltre l’efficienza di radiazione poiché aumenta la potenza immagazzinata nella zona di campo vicino dell’antenna. Radiators are known on the market and in the literature which, reactively loaded, allow the reduction of the dimensions of the antenna at the cost of a significant variation of its input impedance; the antennas thus made and currently available on the market must therefore be adapted again to the power supply circuit by introducing an appropriate adaptation network. The reactive load introduced also decreases the radiation efficiency as it increases the power stored in the near field area of the antenna.

La presente invenzione, prevede invece la combinazione di elementi capacitivi e induttivi simultaneamente, che vanno a compensare l’induttanza e la capacità distribuite che caratterizzano la linea di alimentazione. È noto infatti come ogni struttura guidante può essere modellata circuitalmente mediante una linea di trasmissione caratterizzata da una opportuna capacità-parallelo distribuita e da una induttanza-serie distribuita. L'antenna in oggetto alla presente invenzione introduce carichi capacitivi in serie ed induttivi in parallelo in modo da realizzare un meccanismo di compensazione di fase, noto dalla teorìa sui metamateriali a linea dì trasmissione, che permette all’antenna di risuonare ad una frequenza più bassa senza però portare ad un disadattamento di impedenza e conservando le caratteristiche di direttività ed efficienza dell’antenna di partenza elettricamente più lunga e non caricata reattivamente. L’antenna risulta di per sé adattata alla linea di alimentazione e non necessita di una rete di adattamento addizionale. L'invenzione permette quindi la realizzazione di sistemi radianti compatti che possono essere opportunamente dimensionati in modo da funzionare alla frequenza desiderata, e collegati a reti di alimentazione tradizionali senza costi aggiuntivi oppure integrati su circuiti stampati di dispositivi elettronici. La presente invenzione si rivolge tanto a quegli scenari laddove l’integrazione e la miniaturizzazione sono vincoli progettuali stringenti, sia a quegli scenari in cui è la riduzione dei costi di produzione ad esserlo poiché tali antenne possono essere realizzate tramite la consolidata tecnologia dei circuiti stampati e senza richiedere l’utilizzo di saldature, perforazioni o punti di giunzione tra elementi diversi, essendo le metallizzazioni poste su un singolo piano. The present invention, on the other hand, provides for the combination of capacitive and inductive elements simultaneously, which compensate for the inductance and distributed capacitance that characterize the power supply line. In fact, it is known that each guiding structure can be modeled in a circuital manner by means of a transmission line characterized by a suitable distributed parallel capacitance and by a distributed series inductance. The antenna of the present invention introduces capacitive loads in series and inductive loads in parallel so as to realize a phase compensation mechanism, known from the theory of transmission line metamaterials, which allows the antenna to resonate at a lower frequency. without however leading to an impedance mismatch and preserving the directivity and efficiency characteristics of the electrically longer and not reactively loaded starting antenna. The antenna is in itself adapted to the power supply line and does not require an additional adaptation network. The invention therefore allows the realization of compact radiant systems which can be suitably sized so as to operate at the desired frequency, and connected to traditional power supply networks without additional costs or integrated on printed circuits of electronic devices. The present invention is aimed both at those scenarios where integration and miniaturization are stringent design constraints, and at those scenarios in which it is the reduction of production costs to be so since such antennas can be realized through the consolidated technology of printed circuits and without requiring the use of welding, perforations or junction points between different elements, since the metallizations are placed on a single plane.

L’invenzione viene di seguito descritta, a scopo illustrativo e non limitativo, facendo riferimento alle seguenti figure allegate: The invention is described below, for illustrative and non-limiting purposes, referring to the following attached figures:

FIC.l : schema del dispositivo. FIC.l: scheme of the device.

L’invenzione sfrutta il fatto che la componentistica elettronica odierna si basa per lo più sulla tecnologia planare dei circuiti stampati. The invention exploits the fact that today's electronic components are mostly based on the planar technology of printed circuits.

Nella FIC.l viene schematizzato il dispositivo costituito da un monopolo stampato alimentato, a Scopo illustrativo d’esempio e non limitativo, da una guida d’onda realizzata anche’essa in tecnologia stampata collegata ad un connettore SMA (1 ). Il monopolo in oggetto (2) risulta accoppiato capacitivamente ali’ alimentazione tramite un capacitore interdigitale (3) posto sulla linea di alimentazione; il valore della capacità può essere facilmente variato in base alle esigenze cambiando il numero di denti metallici, la loro separazione, la loro lunghezza e il loro spessore in modo da ottenere il valore desiderato. Alle estremità del monopolo sono presenti due strisce metalliche (4) che lo cortocircuitano a massa e che realizzano l'elemento induttivo in parallelo. Anche in questo caso il valore induttivo può essere variato sia allontanando o avvicinando all'estremo dell'antenna il punto di raccordo con la striscia metallica, sia ondulando ques’ultima in modo da ottenere un induttore meander-line. In FIC.l the device consisting of a printed monopole powered, for illustrative and non-limiting purposes, by a waveguide also made in printed technology connected to an SMA connector (1) is schematised. The monopole in question (2) is capacitively coupled to the power supply through an interdigital capacitor (3) placed on the power supply line; the value of the capacitance can be easily varied according to the needs by changing the number of metal teeth, their separation, their length and their thickness in order to obtain the desired value. At the ends of the monopole there are two metal strips (4) which short-circuit it to ground and which form the inductive element in parallel. Also in this case the inductive value can be varied either by moving the connection point with the metal strip away from or nearing the end of the antenna, or by waving the latter in order to obtain a meander-line inductor.

Una volta caricato contemporaneamente sia in modo induttivo che capacitivo il dispositivo risulta avere una dimensione lineare molto minore del valore lambda/4, tipico di un monopolo stampato, in particolare minore lambda/8, dove lambda è la lunghezza d’onda nel vuoto alla frequenza di risonanza dell’antenna, pur preservando le caratteristiche radiative e di efficienza tipiche<*>di un monopolo. I gradi di libertà che la struttura offre quindi al fine di sintetizzare un’antenna dalla larghezza di banda e dalla frequenze di funzionamento desiderate sono quindi la larghezza e la lunghezza della metallizzazione centrale di cui si compone il radiatore (2) ed i valori di capacità e di induttanza che caratterizzano rispettivamente gli elementi stampati (3) e (4). Once loaded at the same time both inductively and capacitively, the device has a linear dimension much smaller than the lambda / 4 value, typical of a printed monopole, in particular less than lambda / 8, where lambda is the wavelength in vacuum at the frequency of resonance of the antenna, while preserving the typical radiative and efficiency characteristics <*> of a monopole. The degrees of freedom that the structure therefore offers in order to synthesize an antenna with the desired bandwidth and operating frequencies are therefore the width and length of the central metallization of which the radiator (2) is composed and the capacitance values and inductance which characterize the printed elements (3) and (4) respectively.

Claims

Claims 1. The Miniaturized Printed Antenna Device with Combined Reactive Loads, characterized by the fact that it presents simultaneously, FIG. 1, a capacitive load in series and an inductive load in parallel. The inductive load in parallel is made up of metal strips that start from the antenna and join the ground plane. The capacitive load in series is achieved through the capacitive coupling of the antenna with the power line.

2. The Miniaturized Printed Antenna Device with Combined Reactive Loads according to RIV.l characterized by the fact of compensating for the phase variation introduced by the power supply network.

3. The Miniaturized Printed Antenna Device with Combined Reactive Loads according to RIV.l characterized by the fact of considerably reducing the size of the antenna and increasing its impedance band also thanks to the phase compensation mechanism, through the introduction of capacitive elements in series and inductive in parallel, adapting at the same time the antenna in part real and imaginary to the characteristic impedance of the power line without having to resort to additional matching networks, this approach can be applied to the design of antennas that work at any frequency lower than some THz), and to preserve the radiative and efficiency characteristics of a traditional non-loaded antenna.

4. The Miniaturized Molded Antenna Device with Combined Reactive Loads according to RIV.l characterized by the fact that it does not use welds, perforations or joints in the construction.

5. The Miniaturized Molded Antenna Device with Combined Reactive Loads according to RIV.l characterized by the fact that all the elements are made on a metallization placed on a single plane.