RU124844U1

RU124844U1 - FRACTAL PATCH ANTENNA

Info

Publication number: RU124844U1
Application number: RU2011128821/07U
Authority: RU
Inventors: Олег Рафаилович Никитин; Константин Васильевич Скворцов; Валерий Георгиевич Рау
Priority date: 2011-07-12
Filing date: 2011-07-12
Publication date: 2013-02-10

Abstract

Фрактальная патч-антенна, содержащая плоскую диэлектрическую подложку, имеющую на одной поверхности фрактальный излучатель и на другой поверхности отражатель, отличающаяся тем, что в качестве проводящей фрактальной структуры излучателя использованы нанокристаллические зародыши проводника.A fractal patch antenna containing a flat dielectric substrate having a fractal emitter on one surface and a reflector on another surface, characterized in that nanocrystalline conductor nuclei are used as the conductive fractal structure of the emitter.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к системам с фрактальным свойствами, и может быть использована в качестве самостоятельного излучателя или элемента фазированной непериодической решетки, учитывающего его симметрию.The utility model relates to the field of radio engineering, in particular to systems with fractal properties, and can be used as an independent emitter or as an element of a phased non-periodic lattice that takes into account its symmetry.

Прототипом предлагаемой полезной модели является устройство [Патент US 6127977, опубл. 03.10.2000.], представляющее собой микрополосковую патч-антенну, выполненную из плоской диэлектрической подложки, имеющей на одной поверхности проводниковую фрактальную структуру (излучатель), и на другой поверхности проводящий слой, который может иметь фрактальную структуру (отражатель).The prototype of the proposed utility model is a device [Patent US 6127977, publ. 03.10.2000.], Which is a microstrip patch antenna made of a flat dielectric substrate having a conductor fractal structure (emitter) on one surface and a conductive layer on another surface, which may have a fractal structure (reflector).

К недостаткам данного устройства можно отнести:The disadvantages of this device include:

1. не может использоваться в нано-электронике в связи с размерами превышающими нано-метровый масштаб;1. cannot be used in nano-electronics due to sizes exceeding the nano-meter scale;

2. невозможность управления полем излучателя, т.к. не учитывается его геометрическая симметрия.2. the inability to control the emitter field, because its geometric symmetry is not taken into account.

Технической задачей полезной модели является расширение спектра возможностей применения в связи с переходом на нано-метровый уровень и учетом геометрической симметрии структуры излучателя.The technical task of the utility model is to expand the range of application possibilities in connection with the transition to the nanometer level and taking into account the geometric symmetry of the structure of the emitter.

Поставленная техническая задача достигается тем, что во фрактальном приемно-передающем устройстве, содержащем плоскую диэлектрическую подложку, имеющую на одной поверхности проводящую фрактальную структуру (излучатель), а на другой поверхности проводящий слой (отражатель), в качестве проводящей фрактальной структуры излучателя использованы нано-кристаллические зародыши проводника.The stated technical problem is achieved in that in a fractal transmitter / receiver device containing a flat dielectric substrate having a conductive fractal structure (emitter) on one surface and a conductive layer (reflector) on the other surface, nanocrystalline is used as the conductive fractal structure of the emitter germ of the conductor.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 показан срез модели приемно-передающего устройства, где 1 - диэлектрическая подложка, которая может быть выполнена из галита, фторопласта или др.; 2 - излучатель, выполненный из нано-кристаллических зародышей проводника, например меди, серебра или др.; 3 - отражатель, представляющий собой слой проводника, например меди, серебра или др. На фиг.2 показана модель основного элемента устройства, представляющий собой нано-размерную структуру - квантовую точку (кристаллический кластер меди), состоящий из атомных сфер, собранных по закону 10n²+2 (кубический кубооктаэдр) и межмолекулярные координационные связи на поверхности. Процедуру «роста» фрактальной структуры можно представить с помощью операции математической свертки функций. Геометрический смысл свертки представляет собой копирование точек одной функции φ₁ (x,y) по точкам другой φ₂ (х,у). В интегральном представлении записывается следующим образом:The utility model is illustrated by drawings. Figure 1 shows a section of a model of a transmitting and receiving device, where 1 is a dielectric substrate, which can be made of halite, fluoroplastic or others; 2 - emitter made of nano-crystalline conductor nuclei, for example copper, silver or others; 3 - a reflector, which is a layer of a conductor, such as copper, silver or others. Figure 2 shows a model of the main element of the device, which is a nanoscale structure - a quantum dot (crystalline copper cluster), consisting of atomic spheres assembled according to the law 10n ² + 2 (cubic cuboctahedron) and intermolecular coordination bonds on the surface. The procedure of the "growth" of the fractal structure can be represented using the operation of mathematical convolution of functions. The geometric meaning of convolution is to copy the points of one function φ ₁ (x, y) over the points of another φ ₂ (x, y). In the integral representation is written as follows:

, или ρ=φ₁⊗φ₂

, or ρ = φ ₁ ⊗φ ₂

Введя операцию поворота L₈ точечной структуры на угол 45º, как элемент группы поворотов оси восьмого порядка, а также коэффициент увеличения (гомотетии) k при переходе от структуры точек функции φ₂ к kφ₂, любую итерацию построения фрактальной структуры можно представить следующим образом:Introducing the rotation operation L _{8 of the} point structure at an angle of 45º, as an element of the group of rotations of the eighth-order axis, as well as the coefficient of increase (homothety) k during the transition from the structure of the points of the function φ ₂ to kφ ₂ , any iteration of constructing the fractal structure can be represented as follows:

Третья итерация процедуры сборки фрактальной структуры с симметрией оси 4-го порядка представлена на фиг.3.The third iteration of the procedure for assembling a fractal structure with symmetry of the 4th order axis is shown in FIG. 3.

Общеизвестно, что ширина полосы пропускания патч-антенны сильно зависит от расстояния между проводящими поверхностями. Чем тоньше подложка, тем меньше энергии излучается и больше запасается в емкости и индуктивности и тем выше добротность антенны. Полосу пропускания антенны можно оценить по формуле:It is well known that the bandwidth of a patch antenna is highly dependent on the distance between the conductive surfaces. The thinner the substrate, the less energy is emitted and stored more in the capacitance and inductance and the higher the quality factor of the antenna. The antenna bandwidth can be estimated by the formula:

где d - расстояние между проводящими поверхностями, W - ширина излучателя (обычно половина длины волны), Z_O - импеданс воздушного промежутка между излучателем и отражателем, R_rad - сопротивление излучения антенны. Относительная полоса пропускания антенны линейно зависит от ее толщины. Поэтому, переход на нано-метровый уровень улучшает указанные выше характеристики излучателя.where d is the distance between the conductive surfaces, W is the width of the emitter (usually half the wavelength), Z _O is the impedance of the air gap between the emitter and the reflector, R _rad is the radiation resistance of the antenna. The relative bandwidth of the antenna linearly depends on its thickness. Therefore, the transition to the nanometer level improves the above characteristics of the emitter.

Для достижения положительного результата в устройстве реализован механизм сборки наноструктур с использованием технологий атомно-силовой микроскопии на принципах согласования физико-химических и геометрических параметров связи элементов фрактальной структуры излучателя, в виде квантовых точек, и поверхности диэлектрика (фиг.4).To achieve a positive result, the device implements a mechanism for assembling nanostructures using atomic force microscopy technologies on the principles of matching the physicochemical and geometric parameters of the coupling of the elements of the fractal structure of the emitter, in the form of quantum dots, and the surface of the dielectric (Fig. 4).

Геометрическое согласование периодов решеток и поверхностных связей проводящего и диэлектрического слоев является основным критерием при выборе материалов. В представленной модели (фиг.4) периоды решеток проводящего слоя (меди) с кубической симметрией (Fm3m) и диэлектрика (Nad) так же (Fm3m), с небольшой погрешностью, относятся как целые числа.Geometric matching of the periods of the gratings and surface bonds of the conductive and dielectric layers is the main criterion for the choice of materials. In the presented model (Fig. 4), the lattice periods of the conductive layer (copper) with cubic symmetry (Fm3m) and dielectric (Nad) as well (Fm3m), with a small error, are treated as integers.

Технико-экономическим преимуществом заявляемой полезной модели является расширение возможностей использования кристаллических зародышей наноструктур при создании радиосистем на нано-уровне.The technical and economic advantage of the claimed utility model is the expansion of the possibilities of using crystalline nuclei of nanostructures when creating radio systems at the nano level.

Таким образом, реализация модели приемно-передающего устройства на нано-уровне открывает новые технические возможности создания управляемых систем микро- и нано-электроники с улучшенными характеристиками излучателя.Thus, the implementation of the transmitter-receiver model at the nano-level opens up new technical possibilities for creating controlled micro- and nano-electronics systems with improved emitter characteristics.

Claims

A fractal patch antenna containing a flat dielectric substrate having a fractal emitter on one surface and a reflector on the other surface, characterized in that nanocrystalline conductor nuclei are used as the conductive fractal structure of the emitter.