RU158717U1

RU158717U1 - BROADBAND MICROBAND ANTENNA

Info

Publication number: RU158717U1
Application number: RU2014153320/08U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Иванович Воскресенский; Елена Владимировна Овчинникова; Светлана Геннадьевна Кондратьева; Као Нинь Буй
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2016-01-20

Abstract

1. Широкополосная микрополосковая антенна с излучающими элементами типа "бабочка", отличающаяся тем, что излучающие элементы расположены над экраном в два слоя, излучающий элемент первого слоя, размещенный над экраном, работает в диапазоне GSM1900, излучающий элемент второго слоя, размещенный над первым излучающим элементом, работает в диапазоне WiMAX, при этом к излучающим элементам двух слоев подключена коаксиальная линия.2. Широкополосная микрополосковая антенна по п. 1, отличающаяся тем, что на излучающих элементах выполнены согласующие щели.1. Broadband microstrip antenna with radiating elements of the butterfly type, characterized in that the radiating elements are located above the screen in two layers, the radiating element of the first layer placed above the screen, operates in the GSM1900 range, the radiating element of the second layer placed above the first radiating element , works in the WiMAX range, while a coaxial line is connected to the radiating elements of two layers. 2. The broadband microstrip antenna according to claim 1, characterized in that matching slots are made on the radiating elements.

Description

Полезная модель относится к антенной технике и может использоваться в системах радиосвязи.The utility model relates to antenna technology and can be used in radio communication systems.

Известна двухдиапазонная печатная дипольная антенна, имеющая малые массогабаритные характеристики. Дипольная антенна может быть использована как самостоятельная антенна в инфокоммуникационных проектах, так и в качестве базового излучающего модуля в печатных фазированных антенных решетках (ФАР) радиолокационных и радионавигационных систем [Пат. RU №2432646].Known dual-band printed dipole antenna having small overall dimensions. A dipole antenna can be used as a standalone antenna in infocommunication projects, or as a base emitting module in printed phased array antennas (PAR) of radar and radio navigation systems [Pat. RU No. 2432646].

Трудности практической реализации двухдиапазонных антенн сотовых телефонов состоят в размещении антенны в корпусе телефона при сохранении требуемого усиления, формы диаграммы направленности и рабочих диапазонов частот по согласованию [2]. Современные сотовые телефоны имеют различные конструкции, поэтому антенна может размещаться, например, на откидной крышке или на боковой поверхности. Печатная антенна, размещаемая в корпусе сотового телефона должна обеспечивать устойчивый прием с любого ракурса в условиях городской застройки. Последнее требование легко реализуется при всенаправленной ДН, однако, согласно стандарту FCC [3], необходимо также обеспечить допустимую величину мощности, поглощаемой в голове и руке человека, с тем, чтобы гарантировать выполнение санитарных норм по облучению СВЧ мощностью. Для ослабления поля в направлении человека целесообразно использовать микрополосковые антенны на экране. Такие антенны удовлетворяют санитарным нормам по облучению, но не всегда имеют требуемую форму ДН.Difficulties in the practical implementation of dual-band antennas of cell phones are in placing the antenna in the phone’s body while maintaining the required gain, radiation pattern and working frequency ranges as agreed [2]. Modern cell phones have various designs, so the antenna can be placed, for example, on a hinged lid or on the side surface. The printed antenna placed in the cell phone case must provide stable reception from any angle in urban areas. The latter requirement is easily implemented with omnidirectional radiation pathways, however, according to the FCC standard [3], it is also necessary to provide an acceptable amount of power absorbed in a person’s head and hand in order to guarantee compliance with sanitary standards for microwave irradiation. To attenuate the field in the direction of a person, it is advisable to use microstrip antennas on the screen. Such antennas satisfy sanitary standards for exposure, but do not always have the required shape of the radiation pattern.

Известны PIFA-антенны (Planar Inverted F Antenna), представляющие собой короткозамкнутые антенны с проводником, выполненным в виде плоской перевернутой буквы F [4, 5]. Известны малогабаритные широкополосные микрополосковые антенны, используемые в КПК, навигационных устройствах и ноутбуках [6-9]. Недостатком таких антенн является сложная конфигурация, которая получается путем параметрической оптимизации для одной модели сотового телефона.Known PIFA antennas (Planar Inverted F Antenna), which are short-circuited antennas with a conductor made in the form of a flat inverted letter F [4, 5]. Known small-sized broadband microstrip antennas used in PDAs, navigation devices and laptops [6-9]. The disadvantage of such antennas is the complicated configuration, which is obtained by parametric optimization for one model of a cell phone.

Известна широкополосная микрополосковая антенна, содержащая решетку излучателей, расположенную над экраном на обеих сторонах диэлектрической подложки [Пат. RU №2122263]. Микрополосковая антенна возбуждается двухпроводной линией передачи, к одному проводнику которой на расстоянии половины соответствующей резонансной длины волны попеременно присоединены четвертьволновые вибраторы. К другому проводнику линии на обратной стороне подложки присоединены в середине полуволновые симметричные вибраторы. Причем на плечах всех или некоторых логопериодически расположенных полуволновых излучателей образованы зазоры, не превышающие по ширине толщину подложки. В таком излучателе сохраняются основные преимущества микрополосковой антенны и возрастает ширина полосы пропускания. При большой высоте над экраном, рабочая полоса достигает величины 20-25%. Однако, такая антенна имеет габаритные размеры, существенно превышающие размеры антенн, применяемых в современных сотовых телефонах, а также небольшое усилие.Known broadband microstrip antenna containing an array of emitters located above the screen on both sides of the dielectric substrate [US Pat. RU No. 2122263]. The microstrip antenna is excited by a two-wire transmission line, to one conductor of which at a distance of half the corresponding resonant wavelength, quarter-wave vibrators are alternately connected. To the other line conductor on the reverse side of the substrate, half-wave symmetrical vibrators are connected in the middle. Moreover, on the shoulders of all or some log-periodically located half-wave emitters, gaps are formed that do not exceed the thickness of the substrate in width. In such a radiator, the main advantages of the microstrip antenna are preserved and the bandwidth increases. With a high height above the screen, the working strip reaches a value of 20-25%. However, such an antenna has overall dimensions significantly exceeding the dimensions of the antennas used in modern cell phones, as well as a small effort.

Известна кольцевая секторная антенна [11], работающая в полосе частот 0,5…4,0 ГГц на круговой поляризации. Широкополосная антенна бегущей волны образована подвесной пластиной в виде кольцевого сектора и двумя наклонными пространственными переходами. Антенна может излучать и принимать поле с круговой поляризацией любого направления вращения при возбуждении одного из входов и соединении другого с согласованной нагрузкой. При одновременном возбуждении обоих входов соответствующими комплексными сигналами возможна реализация режима с любой поляризацией. Антенна возбуждается зондами 50-омных коаксиальных кабелей диаметром 2,16 мм через воздушный зазор высотой 0,75 мм. Малые площадки на пространственных переходах в точках возбуждения служат для подстройки реактивного сопротивления зондов.Known ring sector antenna [11], operating in the frequency band of 0.5 ... 4.0 GHz on circular polarization. A traveling-wave broadband antenna is formed by a hanging plate in the form of an annular sector and two inclined spatial transitions. An antenna can radiate and receive a circularly polarized field of any direction of rotation when one of the inputs is excited and the other is connected to a matched load. With the simultaneous excitation of both inputs by the corresponding complex signals, it is possible to implement a mode with any polarization. The antenna is excited by probes of 50 ohm coaxial cables with a diameter of 2.16 mm through an air gap of 0.75 mm high. Small sites at spatial transitions at the excitation points serve to fine-tune the reactance of the probes.

Известна микрополосковая антенна с двумя ортогональными поляризациями, дизайн которой представлен в [12]. Возбуждение антенны на ортогональных модах происходит через щели связи в металлизации, которая служит экраном для антенны и микрополосковых линий. Металлический рефлектор подавляет излучение назад в область за антенной. Обе подложки изготовлены из диэлектрика FR-4 толщиной 1.5 мм.Known microstrip antenna with two orthogonal polarizations, the design of which is presented in [12]. Excitation of the antenna in orthogonal modes occurs through communication slots in metallization, which serves as a screen for the antenna and microstrip lines. A metal reflector suppresses radiation back into the area behind the antenna. Both substrates are made of FR-4 dielectric with a thickness of 1.5 mm.

Известны классические планарные микрополосковые антенны [13]. Однако они обладают серьезным недостатком - в силу резонансного характера планарные микрополосковые антенны и решетки из них узкополосны, относительная полоса рабочих частот таких антенн составляет доли и единицы процентов.Classical planar microstrip antennas are known [13]. However, they have a serious drawback - due to the resonant nature, planar microstrip antennas and their arrays are narrow-band, the relative operating frequency band of such antennas is fractions and units of percent.

Если требуется более широкая рабочая полоса частот (20% и выше), то на смену классическим поперечным излучателям приходят широкополосные и сверхширокополосные печатные антенны продольного излучения, а так же комбинированные варианты конструкции продольного и поперечного излучателей [14]. Рабочая полоса и коэффициент усиления таких антенн зависят от длины, поэтому их сложно использовать в качестве антенн сотовых телефонов.If a wider operating frequency band is required (20% and higher), then classical transverse emitters are replaced by broadband and ultra-wideband printed antennas for longitudinal radiation, as well as combined design options for longitudinal and transverse emitters [14]. The working band and gain of such antennas depend on the length, so it is difficult to use them as antennas of cell phones.

Известны широкополосные антенны на основе взаимодополняющих структур [15-17]. Они имеют различную форму, но практическое применение получила структура «бабочка» или "bow-tie". Антенна типа «бабочка» обеспечивает допустимое согласование в широкой полосе частот, но не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к характеристикам направленности сотовых телефонов. Размещение «бабочки» над экраном приводит к сужению рабочей полосы частот. Для расширения рабочей полосы частот приходится усложнять структуру печатной антенны и использовать многослойные печатные антенны. В этом случае возникает необходимость разработки широкополосных возбудителей и оптимизации их характеристик с целью получения допустимого согласования антенны в рабочей полосе частот.Wideband antennas based on complementary structures are known [15-17]. They have a different shape, but the butterfly or bow-tie structure has gained practical application. A butterfly-type antenna provides acceptable matching in a wide frequency band, but does not meet the requirements for the directivity characteristics of cell phones. Placing a butterfly above the screen narrows the working frequency band. To expand the working frequency band, it is necessary to complicate the structure of the printed antenna and use multilayer printed antennas. In this case, there is a need to develop broadband pathogens and optimize their characteristics in order to obtain acceptable antenna matching in the working frequency band.

Наиболее близким аналогом является антенная [17], общий вид которой приведен на фиг. 11-4 с. 249. Однако она не обеспечивает возможность работы в нескольких частотных диапазонах, имеет всенаправленную диаграмму в азимутальной плоскости и большие габаритные размеры. Поэтому такая антенна не может быть встроена в корпус и не удовлетворяет требованиям по безопасности использования сотового телефона.The closest analogue is the antenna [17], a general view of which is shown in FIG. 11-4 sec. 249. However, it does not provide the ability to work in several frequency ranges, has an omnidirectional diagram in the azimuthal plane and large overall dimensions. Therefore, such an antenna cannot be built into the case and does not meet the safety requirements for using a cell phone.

Технической задачей заявляемой полезной модели является расширение рабочей полосы антенны и уменьшение габаритных размеров.The technical task of the claimed utility model is to expand the working band of the antenna and reduce the overall dimensions.

Поставленная задача достигается тем, что в известной широкополосной микрополосковой антенне, с излучающими элементами типа «бабочка», согласно заявляемой полезной модели, излучающие элементы расположены над экраном в два слоя, излучающий элемент первого слоя, размещенный над экраном работает в диапазоне GSM1900, излучающий элемент второго слоя, размещенный над первым излучающим элементом, работает в диапазоне WiMAX, при этом, к излучающим элементам двух слоев подключена коаксиальная линия.The problem is achieved in that in the well-known broadband microstrip antenna, with radiating elements of the "butterfly" type, according to the claimed utility model, the radiating elements are located above the screen in two layers, the radiating element of the first layer, located above the screen, operates in the GSM1900 range, the radiating element of the second layer, placed above the first radiating element, operates in the WiMAX range, while a coaxial line is connected to the radiating elements of the two layers.

В частном случае выполнения на излучающих элементах могут быть выполнены согласующие щели.In the particular case of execution on the radiating elements matching slots can be made.

Расширение рабочей полосы антенны и уменьшение габаритов обеспечивается многослойной структурой размещения излучающих элементов, за счет совмещения двух диапазонов в одной многослойной излучающей структуре, а также использования согласующих элементов в виде щелей различной формы.The extension of the antenna working band and the reduction in size is ensured by the multilayer structure of the placement of radiating elements, due to the combination of two ranges in one multilayer radiating structure, as well as the use of matching elements in the form of slits of various shapes.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг. 1 приведен общий вид прототипа; на фиг. 2 приведен общий вид одного слоя широкополосной микрополосковой антенны без согласующих щелей, работающей в полосе GSM 1900 (1850-1990 МГц). На фиг. 2 обозначены следующие позиции: 1 - экран; 2 - диэлектрик; 3 - бабочка; 4 - коаксиальное питание. На фиг. 3 приведен общий вид одного слоя широкополосной микрополосковой антенны с согласующими щелями круглой формы, работающей в полосе GSM 1900 (1850-1990 МГц). На фиг. 3 обозначены следующие позиции: 1 - экран; 2 - диэлектрик; 3 - бабочка; 4 - коаксиальное питание, 5 - согласующая щель. На фиг. 4 приведен общий вид одного слоя широкополосной микрополосковой антенны с согласующими щелями в виде секторов, работающей в полосе GSM 1900 (1850-1990 МГц). На фиг. 4 обозначены следующие позиции: 1 - экран; 2 - диэлектрик; 3 - бабочка; 4 - коаксиальное питание, 5 - согласующая щель. На фиг. 5 приведен общий вид одного слоя широкополосной микрополосковой антенны с согласующими щелями треугольной формы, работающей в полосе GSM 1900 (1850-1990 МГц). На фиг. 5 обозначены следующие позиции: 1 - экран; 2 - диэлектрик; 3 - бабочка; 4 - коаксиальное питание, 5 - согласующая щель.In FIG. 1 shows a General view of the prototype; in FIG. Figure 2 shows a general view of one layer of a broadband microstrip antenna without matching slots operating in the GSM 1900 band (1850-1990 MHz). In FIG. 2 the following positions are indicated: 1 - screen; 2 - dielectric; 3 - butterfly; 4 - coaxial power. In FIG. Figure 3 shows a general view of one layer of a broadband microstrip antenna with round matching slots operating in the GSM 1900 band (1850-1990 MHz). In FIG. 3 the following positions are indicated: 1 - screen; 2 - dielectric; 3 - butterfly; 4 - coaxial power, 5 - matching gap. In FIG. Figure 4 shows a general view of one layer of a broadband microstrip antenna with matching slots in the form of sectors operating in the GSM 1900 band (1850-1990 MHz). In FIG. 4 the following positions are indicated: 1 - screen; 2 - dielectric; 3 - butterfly; 4 - coaxial power, 5 - matching gap. In FIG. Figure 5 shows a general view of one layer of a broadband microstrip antenna with matching triangular slots operating in the GSM 1900 band (1850-1990 MHz). In FIG. 5 the following positions are indicated: 1 - screen; 2 - dielectric; 3 - butterfly; 4 - coaxial power, 5 - matching gap.

На фиг. 6 показана таблица с параметрами моделей антенны, приведенных на фиг. 2-5. На фиг. 7 приведены зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) от частоты для четырех вариантов микрополосковых антенн, представленных на фиг. 2-5, работающих в полосе GSM 1900. На фиг. 7 обозначены следующие зависимости КСВ от частоты: 1 - соответствует варианту антенны, показанной на фиг. 2; 2 - соответствует варианту антенны, показанной на фиг. 3; 3 - соответствует варианту антенны, показанной на фиг. 4; 4 - соответствует варианту антенны, показанной на фиг. 5. На фиг. 8 показаны диаграммы направленности (ДН) антенны, приведенной на фиг. 2, в плоскости E. На фиг. 8 обозначены ДН в плоскости E микрополосковой антенны, представленной на фиг. 2, на трех частотах: 1 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 3 - 1.93 ГГц. На фиг. 9 приведены ДН в плоскости H для микрополосковой антенны, представленной на фиг. 2. На фиг. 9 обозначены ДН в плоскости Η для микрополосковой антенны, представленной на фиг. 2, на трех частотах: 7 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 3 - 1.93 ГГц.In FIG. 6 shows a table with the parameters of the antenna models shown in FIG. 2-5. In FIG. 7 shows the dependences of the standing wave coefficient (SWR) on frequency for the four variants of microstrip antennas shown in FIG. 2-5 operating in the GSM band 1900. In FIG. 7 the following SWR versus frequency are indicated: 1 - corresponds to the variant of the antenna shown in FIG. 2; 2 - corresponds to a variant of the antenna shown in FIG. 3; 3 - corresponds to a variant of the antenna shown in FIG. four; 4 - corresponds to the embodiment of the antenna shown in FIG. 5. In FIG. 8 shows the radiation patterns (BF) of the antenna of FIG. 2 in plane E. FIG. 8 are designated IDs in the plane E of the microstrip antenna shown in FIG. 2, at three frequencies: 1 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 3 - 1.93 GHz. In FIG. 9 shows MDs in the H plane for the microstrip antenna shown in FIG. 2. In FIG. 9 are designated IDs in the plane Η for the microstrip antenna shown in FIG. 2, at three frequencies: 7 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 3 - 1.93 GHz.

На фиг. 10 показаны ДН антенны, приведенной на фиг. 3, в плоскости E. На фиг. 10 обозначены ДН в плоскости E микрополосковой антенны, представленной на фиг. 3, на трех частотах: 1 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 3 - 1.93 ГГц. На фиг. 11 приведены ДН в плоскости Η для микрополосковой антенны, представленной на фиг.3. На фиг.11 обозначены ДН в плоскости H микрополосковой антенны, представленной на фиг.3, на трех частотах: 7 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 3 - 1.93 ГГц.In FIG. 10 shows the antenna patterns of FIG. 3, in plane E. FIG. 10 are designated IDs in plane E of the microstrip antenna shown in FIG. 3, at three frequencies: 1 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 3 - 1.93 GHz. In FIG. 11 shows the DNs in the plane Η for the microstrip antenna shown in FIG. In Fig. 11, the DVs are designated in the H plane of the microstrip antenna shown in Fig. 3 at three frequencies: 7 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 3 - 1.93 GHz.

На фиг. 12 показаны ДН антенны, приведенной на фиг. 4, в плоскости E. На фиг. 12 обозначены ДН в плоскости E микрополосковой антенны, представленной на фиг. 4, на трех частотах: 7 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 3 - 1.93 ГГц. На фиг. 13 приведены ДН в плоскости H для микрополосковой антенны, представленной на фиг. 4. На фиг. 13 обозначены ДН в плоскости H микрополосковой антенны, представленной на фиг. 4, на трех частотах: 7 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 5 - 1.93 ГГц.In FIG. 12 shows the antenna patterns of FIG. 4 in plane E. FIG. 12 are designated IDs in the E-plane of the microstrip antenna shown in FIG. 4, at three frequencies: 7 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 3 - 1.93 GHz. In FIG. 13 shows the IDs in the H plane for the microstrip antenna shown in FIG. 4. In FIG. 13 are designated IDs in the plane H of the microstrip antenna shown in FIG. 4, at three frequencies: 7 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 5 - 1.93 GHz.

На фиг. 14 показаны ДН антенны, приведенной на фиг. 5, в плоскости E. На фиг. 14 обозначены ДН в плоскости E микрополосковой антенны, представленной на фиг. 5, на трех частотах: 1 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 5 - 1.93 ГГц. На фиг. 15 приведены ДН в плоскости H для микрополосковой антенны, представленной на фиг. 5. На фиг. 15 обозначены ДН в плоскости Η микрополосковой антенны, представленной на фиг. 5, на трех частотах: 7 - 1.89 ГГц; 2 - 1.91 ГГц; 5 - 1.93 ГГц.In FIG. 14 shows the antenna patterns of FIG. 5, in plane E. FIG. 14 are designated IDs in the E-plane of the microstrip antenna shown in FIG. 5, at three frequencies: 1 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 5 - 1.93 GHz. In FIG. 15 shows the BH in plane H for the microstrip antenna shown in FIG. 5. In FIG. 15 are designated IDs in the plane Η of the microstrip antenna shown in FIG. 5, at three frequencies: 7 - 1.89 GHz; 2 - 1.91 GHz; 5 - 1.93 GHz.

На фиг. 16 приведен общий вид двухслойной микрополосковой антенны без согласующих щелей, построенной из излучающих элементов рассмотренной выше однослойной антенны, изображенной на фиг. 2. На фиг.17 приведен общий вид двухслойной микрополосковой антенны с согласующими щелями круглой формы, построенной из излучающих элементов рассмотренной выше однослойной антенны, изображенной на фиг. 3. Детализация конструкции двухслойной микрополосковой антенны с согласующими щелями круглой формы показана на фиг. 18. На фиг. 18 обозначены следующие позиции: 1 - экран; 2 - диэлектрик; 3 - бабочка; 4 - коаксиальное питание, 5 - согласующая щель, 6 - диэлектрик подложки второго слоя, 7 - бабочка второго слоя, 8 - согласующая щель, прорезанная в бабочке второго слоя.In FIG. 16 is a perspective view of a two-layer microstrip antenna without matching slots constructed from radiating elements of the single-layer antenna described above in FIG. 2. FIG. 17 shows a general view of a two-layer microstrip antenna with round matching slots constructed from the radiating elements of the single-layer antenna described above in FIG. 3. A structural detail of a two-layer microstrip antenna with round matching slots is shown in FIG. 18. In FIG. 18 the following positions are indicated: 1 - screen; 2 - dielectric; 3 - butterfly; 4 - coaxial power, 5 - matching gap, 6 - dielectric of the substrate of the second layer, 7 - butterfly of the second layer, 8 - matching gap, cut in the butterfly of the second layer.

На фиг. 19 приведен общий вид двухслойной микрополосковой антенны с согласующими щелями в виде секторов, построенной из излучающих элементов рассмотренной выше однослойной антенны, изображенной на фиг. 4. Детализация конструкции двухслойной микрополосковой антенны с согласующими щелями показана на фиг. 20. На фиг. 20 обозначены следующие позиции: 1 - экран; 2 - диэлектрик; 3 - бабочка; 4 - коаксиальное питание, 5 - согласующая щель, 6 - диэлектрик подложки второго слоя, 7 - бабочка второго слоя, 8 - согласующая щель, прорезанная в бабочке второго слоя.In FIG. 19 is a perspective view of a two-layer microstrip antenna with matching slots in the form of sectors constructed from radiating elements of the single-layer antenna described above in FIG. 4. A structural detail of a two-layer microstrip antenna with matching slots is shown in FIG. 20. In FIG. 20 the following positions are indicated: 1 - screen; 2 - dielectric; 3 - butterfly; 4 - coaxial power, 5 - matching gap, 6 - dielectric of the substrate of the second layer, 7 - butterfly of the second layer, 8 - matching gap, cut in the butterfly of the second layer.

На фиг. 21 приведен общий вид двухслойной микрополосковой антенны с согласующими щелями треугольной формы, построенной из излучающих элементов рассмотренной выше однослойной антенны, изображенной на фиг. 5. Детализация конструкции двухслойной микрополосковой антенны с согласующими щелями показана на фиг. 22. На фиг.22 обозначены следующие позиции: 1 - экран; 2 - диэлектрик; 3 - бабочка; 4 - коаксиальное питание, 5 - согласующая щель, 6 - диэлектрик подложки второго слоя, 7 - бабочка второго слоя, 8 - согласующая щель, прорезанная в бабочке второго слоя.In FIG. 21 is a general view of a two-layer microstrip antenna with matching slots of a triangular shape constructed from the radiating elements of the single-layer antenna described above in FIG. 5. A structural detail of a two-layer microstrip antenna with matching slots is shown in FIG. 22. In Fig.22 the following positions are indicated: 1 - screen; 2 - dielectric; 3 - butterfly; 4 - coaxial power, 5 - matching gap, 6 - dielectric of the substrate of the second layer, 7 - butterfly of the second layer, 8 - matching gap, cut in the butterfly of the second layer.

В таблице, показанной на фиг. 23, даны параметры двухслойных микрополосковых антенн фиг. 16, 17, 19 и 21. На фиг. 24 приведены зависимости КСВ от частоты для четырех вариантов микрополосковых антенн фиг. 16, 17, 19 и 21, работающих в диапазоне частот GSM 1900: 1 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 16, 2 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 17, 3 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 19, 4 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 21. На фиг. 25 приведены зависимости КСВ от частоты для четырех вариантов микрополосковых антенн фиг. 16, 17, 19 и 21, работающих в диапазоне частот WiMAX 2.5-2.69 ГГц: 1 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 16, 2 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 17, 3 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 19, 4 - зависимость КСВ от частоты для антенны, изображенной на фиг. 21.In the table shown in FIG. 23, the parameters of the double-layer microstrip antennas of FIG. 16, 17, 19 and 21. In FIG. 24 shows SWR versus frequency for the four microstrip antenna variants of FIG. 16, 17, 19 and 21, operating in the GSM 1900: 1 frequency range - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 16, 2 - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 17, 3 - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 19, 4 - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 21. In FIG. 25 shows SWR versus frequency for four microstrip antenna variants of FIG. 16, 17, 19 and 21 operating in the WiMAX frequency range 2.5-2.69 GHz: 1 - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 16, 2 - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 17, 3 - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 19, 4 - SWR versus frequency for the antenna shown in FIG. 21.

На фиг. 26 показаны ДН в плоскости Е, построенные для антенны, приведенной на фиг. 16: 7-1.91 ГГц; 2 - 2.60 ГГц. На фиг. 27 показаны ДН в плоскости H, построенные для антенны, приведенной на фиг. 16: 7-1.91 ГГц; 2-2.60 ГГц. На фиг. 28 показаны ДН в плоскости E, построенные для антенны, приведенной на фиг. 17: 7-1.91 ГГц; 2-2.60 ГГц. На фиг. 29 показаны ДН в плоскости H, построенные для антенны, приведенной на фиг. 17: 7 - 1.91 ГГц; 2 - 2.60 ГГц. На фиг. 30 показаны ДН в плоскости Е, построенные для антенны, приведенной на фиг.19: 7 - 1.91 ГГц; 2 - 2.60 ГГц. На фиг. 31 показаны ДН в плоскости Н, построенные для антенны, приведенной на фиг. 19: 7-1.91 ГГц; 2 - 2.60 ГГц. На фиг. 32 показаны ДН в плоскости E, построенные для антенны, приведенной на фиг. 21: 7-1.91 ГГц; 2 - 2.60 ГГц. На фиг. 33 показаны ДН в плоскости H, построенные для антенны, приведенной на фиг. 21: 7 - 1.91 ГГц; 2 - 2.60 ГГц.In FIG. 26 shows MDs in plane E constructed for the antenna shown in FIG. 16: 7-1.91 GHz; 2 - 2.60 GHz. In FIG. 27 shows the HF planes constructed for the antenna shown in FIG. 16: 7-1.91 GHz; 2-2.60 GHz. In FIG. 28 shows MDs in plane E constructed for the antenna of FIG. 17: 7-1.91 GHz; 2-2.60 GHz. In FIG. 29 shows HH planes constructed for the antenna of FIG. 17: 7 - 1.91 GHz; 2 - 2.60 GHz. In FIG. 30 shows MDs in plane E constructed for the antenna shown in FIG. 19: 7 - 1.91 GHz; 2 - 2.60 GHz. In FIG. 31 shows the ND in plane H constructed for the antenna shown in FIG. 19: 7-1.91 GHz; 2 - 2.60 GHz. In FIG. 32 shows MDs in plane E constructed for the antenna shown in FIG. 21: 7-1.91 GHz; 2 - 2.60 GHz. In FIG. 33 shows HH planes constructed for the antenna of FIG. 21: 7 - 1.91 GHz; 2 - 2.60 GHz.

Двухдиапазонная антенна для сотового телефона с согласующими щелями круглой формы работает следующим образом. Сигнал подается через коаксиальный кабель 4 на излучатель первого слоя, обозначенный позицией 3 на фиг. 18, и излучатель второго слоя, обозначенный позицией 7. Для практической реализации подложек двух слоев антенны могут быть использованы фольгированные диэлектрики, а также воздушные линии. Подложка первого слоя обозначена позицией 2. Подложка второго слоя обозначена позицией 6. Для обеспечения безопасности использования сотового телефона абонентом в конструкции антенны предусмотрен защитный экран, который обозначен позицией 1 на фиг. 18. Расширение рабочей полосы по критерию оптимального согласования в антенне осуществляется в помощью щелей прорезанных в излучателях типа «бабочка» на верхнем и нижнем слоях. Согласующая щель, прорезанная в нижнем слое, обозначена позицией 5. Согласующая щель, прорезанная в верхнем слое, обозначена позицией 8. Аналогичным образом работают антенны со щелями других форм и без щелей. Отличием антенны без согласующих щелей является более узкая рабочая полоса частот, что проиллюстрировано позицией 1 фиг. 24 и фиг. 25.A dual-band antenna for a cell phone with matching round slots works as follows. The signal is fed through a coaxial cable 4 to the emitter of the first layer, indicated by 3 in FIG. 18, and the emitter of the second layer, indicated by 7. For the practical implementation of the substrates of the two layers of the antenna, foil dielectrics as well as overhead lines can be used. The substrate of the first layer is indicated by 2. The substrate of the second layer is indicated by 6. To ensure the safety of the subscriber using the cell phone, the antenna has a protective shield, which is indicated by 1 in FIG. 18. The extension of the working strip according to the criterion of optimal matching in the antenna is carried out using slots cut in the emitters of the "butterfly" type on the upper and lower layers. The matching slot cut in the lower layer is indicated by 5. The matching slot cut in the upper layer is indicated by 8. Antennas work similarly with gaps of other shapes and without gaps. The difference between the antenna without matching slots is a narrower working frequency band, which is illustrated by the position 1 of FIG. 24 and FIG. 25.

Таким образом, разработана двухдиапазонная микрополосковая антенна, обеспечивающая работу в полосе, соответствующей диапазонам GSM 1900 и WiMAX, а также требуемую форму ДН.Thus, a dual-band microstrip antenna has been developed, providing operation in the band corresponding to the GSM 1900 and WiMAX ranges, as well as the required shape of the beam.

Источники информации:Information sources:

1. Пат. RU №24326461. Pat. RU No. 2432646

2. Воскресенский Д.И., Овчинникова Е.В., Буй Као Нинь. Широкополосные антенны сотовых телефонов. «Антенны», №2, 2014 г.2. Resurrection D.I., Ovchinnikova E.V., Buoy Kao Ninh. Broadband antennas of cell phones. “Antennas”, No. 2, 2014

3. L. W. Li, M. S. Leong, P. S. Kooi, and T. S. Yeo. Specific Absorbtion Rates in Human Head Due to Handset Antennas: A Comporative Study Using FDTD Method. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. V. 14. 2000. P. 987-1000.3. L. W. Li, M. S. Leong, P. S. Kooi, and T. S. Yeo. Specific Absorbtion Rates in Human Head Due to Handset Antennas: A Comporative Study Using FDTD Method. Journal of Electromagnetic Waves and Applications. V. 14. 2000. P. 987-1000.

4. Minh-Chau T. Huynh. A Numerical and Experimental Investigation of Planar Inverted-F Antennas for Wireless Communication Applications. - In: Master Thesis of Science in Electrical Engineering. - Virginia Polytechnic Institute and State University. - Blacksburg, Virginia. - Oct. 19, 2000. - 123 p.4. Minh-Chau T. Huynh. A Numerical and Experimental Investigation of Planar Inverted-F Antennas for Wireless Communication Applications. - In: Master Thesis of Science in Electrical Engineering. - Virginia Polytechnic Institute and State University. - Blacksburg, Virginia. - Oct. 19, 2000. - 123 p.

5. Kin-Lu Wong. Planar Antennas for Wireless Communications. - New York, Wiley-Interscience. 2003, 301 p.5. Kin-Lu Wong. Planar Antennas for Wireless Communications. - New York, Wiley-Interscience. 2003, 301 p.

6. Ciais P., Luxey C., Diallo Α., Staraj R.,. Kossiavas G. Design of Internal Multiband Antennas for Mobile Phone and WLAN Standards. - In: Joint COST 273/284 Workshop on Antennas and Related System Aspects in Wireless Communications, June 7-10, 2004. - Chalmers University of Technology Gothenburg, Sweden.6. Ciais P., Luxey C., Diallo Α., Staraj R.,. Kossiavas G. Design of Internal Multiband Antennas for Mobile Phone and WLAN Standards. - In: Joint COST 273/284 Workshop on Antennas and Related System Aspects in Wireless Communications, June 7-10, 2004. - Chalmers University of Technology Gothenburg, Sweden.

7. Fujimoto K. and James J.R. (editors). Mobile Antenna Systems Handbook. 2nd edition. Artech House. 2001. 710 p.7. Fujimoto K. and James J.R. (editors). Mobile Antenna Systems Handbook. 2nd edition. Artech House. 2001.710 p.

8. Кессених В., Иванов Ε., Кондрашов З. Bluetooth: Принципы построения и функционирования // Chip News. 2001. №7. С. 54-56.8. Kessenich V., Ivanov Ε., Kondrashov Z. Bluetooth: Principles of construction and operation // Chip News. 2001. No. 7. S. 54-56.

9. Калиничев В., Курушин А. Микрополосковые антенны для сотовых телефонов // Chip News. 2001. №7. С. 6-12.9. Kalinichev V., Kurushin A. Microstrip antennas for cell phones // Chip News. 2001. No. 7. S. 6-12.

10. Пат. RU №212226310. Pat. RU No. 2122263

11. Котов Ю.В., Камачо Р. Широкополосная антенна сотовой связи // Тез. докл. 14 Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», г. Севастополь, 12-17 сентября, 2004.11. Kotov Yu.V., Camacho R. Broadband antenna of cellular communication // Thes. doc. 14th International Crimean Conference “Microwave Technology and Telecommunication Technologies”, Sevastopol, September 12-17, 2004.

12. Α.Α. Бабаскин, В.И. Калиничев. Моделирование Кольцевой антенной решетки с цикличным фазовым распределением на элементах. // Журнал Радиоэлектроники, 2014.12. Α.Α. Babaskin, V.I. Kalinichev. Modeling a ring antenna array with a cyclic phase distribution on the elements. // Journal of Radio Electronics, 2014.

13. Мушников В.В., Печатная ФАР с продольными излучателями, VIII Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления», Тезисы докладов, 2006 г., с. 40.13. Mushnikov VV, Printed PAR with longitudinal emitters, VIII All-Russian Scientific Conference of Students and Postgraduates "Technical Cybernetics, Radioelectronics and Control Systems", Abstracts, 2006, p. 40.

14. Касьянов А.О., Обуховец В.Α., Мушников В.В., Результаты численного и экспериментального исследований широкополосных печатных излучателей антенных решеток. Антенны, 2007 г. №5 (120), с. 9-15.14. Kasyanov AO, Obukhovets V.Α., Mushnikov VV, Results of numerical and experimental studies of broadband printed radiators of antenna arrays. Antennas, 2007 No. 5 (120), p. 9-15.

15. Рамзей В. Частотно-независимые антенны. - М.: Мир, 1968.15. Ramsey V. Frequency-independent antennas. - M .: Mir, 1968.

16. Clarke R. A High Efficiency Bow-tie Antenna//Microwave Journal. - 2001. - №8. - P. 94-105.16. Clarke R. A High Efficiency Bow-tie Antenna // Microwave Journal. - 2001. - No. 8. - P. 94-105.

17. Ротхаммель К. Антенны. - M.: Энергия, 1979.17. Rothammel K. Antennas. - M .: Energy, 1979.

Claims

1. Broadband microstrip antenna with radiating elements of the butterfly type, characterized in that the radiating elements are located above the screen in two layers, the radiating element of the first layer placed above the screen, operates in the GSM1900 range, the radiating element of the second layer placed above the first radiating element , works in the WiMAX range, while a coaxial line is connected to the radiating elements of two layers.

2. A broadband microstrip antenna according to claim 1, characterized in that matching slots are made on the radiating elements.