ITRM20100392A1

ITRM20100392A1 - MINIATURIZED MONOPOLOR WITH STRIPED INDUCTORS PRINTED AND MULTI-SPIRAL OPENING CAPACITORS

Info

Publication number: ITRM20100392A1
Application number: IT000392A
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
Also published as: IT1401200B1

Description

â€œMonopolo Miniaturizzato con Induttori a Striscia, Capacitori Stampati e Muiti-Aperture a Spirale" "Miniaturized Monopole with Strip Inductors, Molded Capacitors and Spiral Muiti-Openings"

Sommario Summary

Monopolo stampato caricato con<->capacitori ed induttori realizzati in tecnologia planare ed integrati nell'antenna, con aperture a spirale praticate internamente alla metallizzazione di cui si costituisce lâ€™antenna. Tali carichi permettono una drastica riduzione delle dimensioni del dispositivo, e ne aumentano la larghezza di banda pur preservandone le caratteristiche radiative, che rimangono quelle di un monopolo tradizionale su tutto lâ€™intervallo di frequenze di funzionamento, ed introducono frequenze di funzionamento aggiuntive rispetto al caso di assenza di aperture nella metallizzazione. Il dispositivo Ã ̈ realizzato senza impiegare saldature, perforazioni e giunzioni. Lâ€™invenzione si colloca nel campo tecnico delle telecomunicazioni e nel campo applicativo della fabbricazione di dispositivi elettronici. Printed monopole loaded with <-> capacitors and inductors made in planar technology and integrated in the antenna, with spiral openings made inside the metallization of which the antenna is constituted. These loads allow a drastic reduction in the dimensions of the device, and increase its bandwidth while preserving its radiative characteristics, which remain those of a traditional monopole over the entire range of operating frequencies, and introduce additional operating frequencies with respect to the case of absence of openings in the metallization. The device is made without using welding, perforations and joints. 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 denominato Monopolo Miniaturizzato con Induttori a Striscia , Capacitori Stampati e Multi-Aperture a Spirale, capace di irradiare e ricevere con grande efficienza un campo elettromagnetico, e caratterizzato da una grande ampiezza di banda, dimensioni ridotte ed un guadagno analogo a quella di strutture radianti simili ma elettricamente piÃ¹ grandi e non caricate. risono noti sul mercato e nella letteratura radiatori che, in virtÃ¹ di aperture di forme poligonali o pseudo ellittiche praticate sulla metallizzazione ampliano la banda di impedenza del dispositivo sul quale sono applicati. The present invention relates to a device called Miniaturized Monopole with Strip Inductors, Printed Capacitors and Spiral Multi-Aperture, capable of radiating and receiving an electromagnetic field with great efficiency, and characterized by a large bandwidth, small dimensions and a similar gain. to that of similar but electrically larger and uncharged radiant structures. Radiators are known on the market and in the literature which, by virtue of openings of polygonal or pseudo-elliptic shapes made on the metallization, widen the impedance band of the device on which they are applied.

Sono altresÃ¬ noti sul mercato e nella letteratura radiatori che, caricati reattivamente, permettono la riduzione delle dimensioni dellâ€™antenna al costo di una variazione significativa della sua impedenza di ingresso; le antenne realizzate cosÃ¬ con le metodologie e tecnologie 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 in questi casi diminuisce inoltre lâ€™efficienza di radiazione poichÃ© aumenta la potenza immagazzinata nella zona di campo vicino dellâ€™antenna. Radiators are also 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 made in this way with the methodologies and technologies available on the market must therefore be adapted again to the power supply circuit by introducing an appropriate adaptation network. The reactive load introduced in these cases also decreases the radiation efficiency as the power stored in the near field area of the antenna increases.

Ãˆ noto da studi ed invenzioni condotti dallo stesso inventore e giÃ divulgati o brevettati, che la combinazione di elementi capacitivi e induttivi applicati simultaneamente allâ€™antenna in modo da compensare lâ€™induttanza e la capacitÃ distribuite che caratterizzano la linea di alimentazione realizzano un meccanismo di compensazione di fase, noto dalla teoria dei meta-materiali a linea di trasmissione, che permette all'antenna di risuonare ad una frequenza piÃ¹ bassa rispetto alla stessa struttura non caricata. Tale procedimento non comporta perÃ² lâ€™introduzione di un disadattamento di impedenza alla porta dâ€™ingresso dellâ€™antenna e non ne degrada le caratteristiche di direttivitÃ ed efficienza. Negli studi citati l'antenna viene accoppiata capacitivamente alla porta dâ€™ingresso della rete di alimentazione. Nella presente invenzione invece, lâ€™antenna non viene accoppiata capacitivamente alla linea di alimentazione ma viene introdotto un carico capacitivo concentrato posto internamente alla metallizzazione dellâ€™antenna, comportando un aumento delia banda di impedenza ed un miglioramento generale delle caratteristiche radiative. La presente invenzione prevede inoltre lâ€™utilizzo dÃ¬ un induttore stampato a spirale complementare realizzato in tecnologia planare che, in configurazione singola o multipla, permette di migliorare le caratteristiche di adattamento dell'antenna e di introdurre frequenze di risonanza addizionali per permettere un funzionamento multi-band. Le frequenze di risonanza addizionali introdotte non variano con le dimensioni geometriche dell'antenna, ma solo con le dimensioni e la separazione delle spirali e, solo per tali frequenze, rendono lâ€™antenna adatta alla ricezione di campi elettromagnetici polarizzati circolarmente, anche se la polarizzazione dellâ€™antenna sulla quale sono applicate Ã ̈ lineare. La presente invenzione puÃ² essere utilizzata in tutti quegli scenari per i quali miniaturizzare ed integrare i sistemi dâ€™antenna risultano specifiche fortemente vincolanti, assieme alla riduzione dei costi di produzione, potendo sia realizzare tali antenne tramite la consolidata tecnologia dei circuiti stampati sia evitare lâ€™impiego di saldature e perforazioni nel processo produttivo. It is known from studies and inventions conducted by the inventor himself and already disclosed or patented, that the combination of capacitive and inductive elements applied simultaneously to the antenna in order to compensate for the inductance and distributed capacitance that characterize the power supply line create a phase compensation mechanism, known from the theory of transmission line meta-materials, which allows the antenna to resonate at a lower frequency than the same unfilled structure. However, this procedure does not involve the introduction of an impedance mismatch at the antenna input port and does not degrade its directivity and efficiency characteristics. In the studies cited, the antenna is coupled capacitively to the input port of the power supply network. In the present invention, on the other hand, the antenna is not capacitively coupled to the power supply line but a concentrated capacitive load placed inside the metallization of the antenna is introduced, resulting in an increase in the impedance band and a general improvement in the radiative characteristics. The present invention also provides for the use of a complementary spiral molded inductor made in planar technology which, in single or multiple configuration, allows to improve the adaptation characteristics of the antenna and to introduce additional resonance frequencies to allow operation multi-band. The additional resonant frequencies introduced do not vary with the geometric dimensions of the antenna, but only with the size and separation of the spirals and, only for these frequencies, make the antenna suitable for receiving circularly polarized electromagnetic fields, even if the polarization of the antenna on which they are applied is linear. The present invention can be used in all those scenarios for which miniaturizing and integrating antenna systems are highly binding specifications, together with the reduction of production costs, being able to both realize such antennas through the consolidated technology of printed circuits and avoid the € ™ use of welding and perforations in the production process.

Lâ€™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, with reference to the following attached figures:

FIG.l : schema del dispositivo. FIG. 1: diagram of the device.

Lâ€™invenzione sfrutta il fatto che la componentistica elettronica odierna si basa per lo piÃ¹ 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 FIG.l viene schematizzato il dispositivo costituito da un monopolo stampato alimentato, a scopo illustrativo e non limitativo, da una guida coplanare accoppiata ad un connettore SMA (1). Il monopolo (2), oggetto della presente invenzione reca inciso internamente alla metallizzazione che costituisce il monopolo un capacitore (3) il cui valore puÃ² essere facilmente regolato in base alle esigenze variandone la geometria. Alle estremitÃ del monopolo sono presenti due strisce metalliche che cortocircuitano il monopolo al piano di massa (4). ' -CosÃ¬ caricato, il dispositivo risulta avere una dimensione lineare molto minore del valore lambda/4, intendendo con il termine â€œlambda" la lunghezza dâ€™onda nel vuoto, tipico di un monopolo stampato, pur conservando le caratteristiche radiative e di efficienza tipiche di un monopolo stampato tradizionale, tale approccio puÃ² essere applicato al progetto di antenne che lavorano a qualsiasi frequenza minore di qualche THz. Figure 1 schematically illustrates the device consisting of a molded monopole fed, for illustrative and non-limiting purposes, by a coplanar guide coupled to an SMA connector (1). The monopole (2), object of the present invention, has a capacitor (3) engraved inside the metallization which constitutes the monopole, the value of which can be easily adjusted according to requirements by varying its geometry. At the ends of the monopole there are two metal strips that short-circuit the monopole to the ground plane (4). '-So loaded, the device has a linear dimension much smaller than the lambda / 4 value, meaning with the term â € œlambda "the wavelength in vacuum, typical of a molded monopole, while retaining the radiative characteristics and efficiency typical of a traditional printed monopole, this approach can be applied to the design of antennas that work at any frequency less than a few THz.

Gli induttori a spirale complementari (5), realizzati sullâ€™antenna per rimozione dello strato metallico, introducono ulteriori frequenze di risonanza utili che si collocano al di fuori della banda di funzionamento principale ed anche a frequenze piÃ¹ basse. In tal modo, lâ€™antenna, che opera prevalentemente in polarizzazione lineare, puÃ² ricevere alle frequenze corrispondenti alle risonanze delle spirali anche polarizzazioni di tipo circolare. The complementary spiral inductors (5), made on the antenna by removing the metal layer, introduce further useful resonance frequencies that are located outside the main operating band and also at lower frequencies. In this way, the antenna, which operates mainly in linear polarization, can also receive circular polarizations at the frequencies corresponding to the resonances of the spirals.

Claims

Claims 1. The Miniaturized Monopole Device with Strip Inductors, Printed Capacitors and Spiral Multi-Aperture, characterized by the fact of presenting, FIG. 1, a capacitive load placed inside the metallization of the antenna (3), so as to divide or more segments such metallization.

2. The Miniaturized Monopoius device with Strip Inductors, Printed Capacitors and Spiral Multi-Aperture according to the RIV.l characterized by decreasing the spatial occupation of the antenna, whose maximum linear dimension is much smaller than lambda / 4, drastically increasing the impedance band while maintaining the efficiency and radiative characteristics typical of a traditional monopolar antenna, by means of a printed capacitor (3) placed inside the metallization of the antenna and an inductive load given by the metal strips placed on its sides (4), which allow a partly real and imaginary adaptation of the miniaturized antenna to the power supply line without resorting to external adaptation networks.

3. The Miniaturized Monopole Device with Strip Inductors, Printed Capacitors and Spiral Multi-Aperture, characterized by the fact of presenting, FIG. 1, spiral-shaped openings in the metallization of the antenna (5).

4. The Miniaturized Monopole Device with Strip Inductors, Printed Capacitors and Spiral Multi-Aperture according to RIV.3 characterized by the fact of introducing additional operating frequencies for which the antenna is also able to receive polarized electromagnetic fields circularly.

5. The Miniaturized Monopole Device with Strip Inductors, Printed Capacitors and Spiral Multi-Aperture <""> according to the RIV.l characterized by the fact that it does not use welds, perforations or joints in the construction.

6. The Miniaturized Monopole Device with Strip Inductors, Printed Capacitors and Spiral Multi-Aperture according to RIV.l characterized by the fact that all the elements are made on a metallization placed on a single plane.