RU177645U1 - DIPOLE ANTENNA WITH MODIFIED FRACTAL STRUCTURE - Google Patents
DIPOLE ANTENNA WITH MODIFIED FRACTAL STRUCTURE Download PDFInfo
- Publication number
- RU177645U1 RU177645U1 RU2017129849U RU2017129849U RU177645U1 RU 177645 U1 RU177645 U1 RU 177645U1 RU 2017129849 U RU2017129849 U RU 2017129849U RU 2017129849 U RU2017129849 U RU 2017129849U RU 177645 U1 RU177645 U1 RU 177645U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fractal
- iteration
- antenna
- sierpinski
- base
- Prior art date
Links
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000000205 computational method Methods 0.000 description 1
- 238000011960 computer-aided design Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
- H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве элемента для создания фазированных антенных решеток в условиях ограниченных условий размещения, например, на подвижных объектах. Дипольная антенна с модифицированной фрактальной структурой имеет два плеча в виде треугольников Серпинского, где исходное плечо сформировано из равнобедренного треугольника с высотой h и основанием, в котором сделаны треугольные выемки в виде фрактала Серпинского с вершинами треугольников, обозначенными,,,=1 для фрактала 1-й итерации,,,,=1,=1; 2; 3 для фрактала 2-й итерации;,,,=1,=1; 2; 3,=1; 2; 3 для фрактала 3-й итерации,,,,=1,=1; 2; 3,=1; 2; 3, …,=1; 2; 3 для фрактала n-й итерации, причем стороны,, …,параллельны основанию. При этом в каждой вершине фрактала Серпинского,, …,электрический контакт разорван, при этом симметричное плечо получено поворотом исходного плеча на 180° относительно оси, проходящей через вершину исходного равнобедренного треугольника, противолежащую основанию а и перпендикулярную плоскости исходного плеча. Технический результат заключается в снижении резонансной частоты антенны, обеспечивающем ее работу как в режиме приема, так и в режиме передачи. 10 ил.The utility model relates to antenna technology and can be used as an element for creating phased antenna arrays in conditions of limited placement conditions, for example, on moving objects. A dipole antenna with a modified fractal structure has two arms in the form of Sierpinski triangles, where the initial arm is formed from an isosceles triangle with a height h and a base, in which triangular notches are made in the form of a Sierpinski fractal with the vertices of the triangles indicated by ,,, = 1 for fractal 1- th iteration ,,,, = 1, = 1; 2; 3 for the fractal of the 2nd iteration; ,,, = 1, = 1; 2; 3, = 1; 2; 3 for the fractal of the 3rd iteration ,,,, = 1, = 1; 2; 3, = 1; 2; 3, ..., = 1; 2; 3 for the fractal of the nth iteration, with the sides ,, ..., parallel to the base. At the same time, at each vertex of the Sierpinski fractal ,, ..., the electrical contact is broken, and a symmetrical arm is obtained by turning the original arm 180 ° relative to the axis passing through the apex of the initial isosceles triangle, opposite the base a and perpendicular to the plane of the original arm. The technical result consists in reducing the resonant frequency of the antenna, ensuring its operation both in the reception mode and in the transmission mode. 10 ill.
Description
Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к антенной технике и может быть использована в качестве элемента для создания фазированных антенных решеток в условиях ограниченных условий размещения, например, на подвижных объектах.The utility model relates to radio engineering, namely to antenna technology, and can be used as an element for creating phased antenna arrays in conditions of limited placement conditions, for example, on moving objects.
Из существующего уровня техники известны дипольные фрактальные антенны, имеющие структуру плеча диполя в виде треугольника Серпинского [1]. Треугольники Серпинского 0-й, 1-й, 2-й, 3-й и 4-й итераций представлены на фиг. 1а, 1б, 1в, 1г и 1д соответственно. Треугольники Серпинского высших итераций могут быть представлены по аналогии. Проведенные исследования показывают, что дипольная антенна, плечо которой выполнено в виде треугольника Серпинского имеют частоту первого резонанса несколько меньшую, чем антенна с плечом в виде стандартного треугольника (т.е. треугольника с 0-й итерацией фрактала (фиг. 1а)) [2]. Подобное свойство фрактальной антенны дает возможность уменьшать размеры антенны при неизменной рабочей частоте. Однако, наиболее существенное уменьшение резонансной частоты происходит при 1-й итерации фрактала (фиг. 1б), последующие (высшие) итерации дают меньший сравнительный эффект, не превышающий для 6-й итерации суммарно 5%, т.е. уменьшение резонансной частоты с помощью фрактальной структуры типа треугольник Серпинского происходит менее чем в 1,05 раза и не является эффективным.Dipole fractal antennas having a dipole arm structure in the form of a Sierpinski triangle [1] are known from the prior art. Sierpinski's triangles of the 0th, 1st, 2nd, 3rd, and 4th iterations are shown in FIG. 1a, 1b, 1c, 1d and 1d, respectively. Sierpinski triangles of higher iterations can be represented by analogy. The studies show that the dipole antenna, the shoulder of which is made in the form of a Sierpinski triangle, has a frequency of the first resonance slightly lower than the antenna with the shoulder in the form of a standard triangle (ie, a triangle with the 0th fractal iteration (Fig. 1a)) [2 ]. A similar property of a fractal antenna makes it possible to reduce the size of the antenna at a constant operating frequency. However, the most significant decrease in the resonance frequency occurs at the 1st iteration of the fractal (Fig. 1b), subsequent (higher) iterations give a smaller comparative effect, not exceeding 5% for the 6th iteration, i.e. the decrease in the resonance frequency with the help of a fractal structure like the Sierpinski triangle occurs less than 1.05 times and is not effective.
Также из существующего уровня техники известна дипольная фрактальная антенна с плечом в виде треугольника Серпинского с шунтами между плечами диполя для расширения рабочей полосы частот (US 2006/0170604 А1 опубл. 3 апреля 2006 г.). Смещение рабочей полосы в низкочастотную область происходит только за счет ее расширения, эффекта снижения резонансной частоты при данном подходе не наблюдается.Also known from the prior art is a dipole fractal antenna with a shoulder in the form of a Sierpinski triangle with shunts between the shoulders of the dipole to expand the working frequency band (US 2006/0170604 A1 publ. April 3, 2006). The shift of the working band to the low-frequency region occurs only due to its expansion; the effect of reducing the resonant frequency is not observed with this approach.
Прототипом заявленного устройства является дипольная фрактальная антенна с плечом в виде треугольника Серпинского, где для снижения резонансной частоты антенна выполнена на диэлектрической подложке с относительной диэлектрической проницаемостью ε=10…600 единиц (US 6,525,691 В2 опубл. 25 февраля 2003 г.). К существенным недостаткам такой антенны относится высокий уровень высших гармоник, возникающих при работе в передающем режиме из-за явления насыщения петли диэлектрического гистерезиса в диэлектрической подложке, а также высокие тепловые потери в диэлектрике. На практике реально используемые материалы для диэлектрической подложки антенны имеют относительную диэлектрическую проницаемость не более 4-5 единиц. Такие значения относительной диэлектрической проницаемости не дают значительного уменьшения резонансной частоты антенны, но при этом обеспечивают отсутствие нелинейных искажений при работе антенны в передающем режиме, а также низкие тепловые потери. Таким образом, антенна, описанная в US 6,525,691 В2, может быть реально использована только в режиме приема.The prototype of the claimed device is a dipole fractal antenna with a shoulder in the form of a Sierpinski triangle, where the antenna is made on a dielectric substrate with a relative permittivity ε = 10 ... 600 units to reduce the resonant frequency (US 6,525,691 B2 publ. February 25, 2003). Significant disadvantages of such an antenna include a high level of higher harmonics arising during operation in the transmitting mode due to the saturation of the dielectric hysteresis loop in the dielectric substrate, as well as high heat losses in the dielectric. In practice, the materials actually used for the dielectric substrate of the antenna have a relative permittivity of not more than 4-5 units. Such values of the relative dielectric constant do not give a significant reduction in the resonant frequency of the antenna, but at the same time ensure the absence of nonlinear distortion during operation of the antenna in the transmitting mode, as well as low heat loss. Thus, the antenna described in US 6,525,691 B2 can only be actually used in reception mode.
Целью полезной модели является снижение резонансной частоты антенны, обеспечивающее ее работу как в режиме приема, так и в режиме передачи.The purpose of the utility model is to reduce the resonant frequency of the antenna, ensuring its operation both in the reception mode and in the transmission mode.
Поставленная цель достигается за счет того, что дипольная антенна имеет два плеча в виде треугольников Серпинского, где исходное плечо (1) сформировано из равнобедренного треугольника с высотой h и основанием а, в котором сделаны треугольные выемки в виде фрактала Серпинского с вершинами треугольников, обозначенными , , , а 1=1 для фрактала 1-й итерации, , , , а 1=1; a 2=1; 2; 3 для фрактала 2-й итерации; , , , а 1=1, a 2=1; 2; 3, a 3=1; 2; 3 для фрактала 3-й итерации, , , , a 1=1, a 2=1; 2; 3, а 3=1; 2; 3, …, a n=1; 2; 3 для фрактала n-й итерации, причем стороны , , …, параллельны основанию а, причем в каждой вершине фрактала Серпинского , , …, электрический контакт разорван, при этом симметричное плечо получено поворотом исходного плеча на 180° относительно оси Ох (2), проходящей через вершину исходного равнобедренного треугольника, противолежащую основанию а и перпендикулярную плоскости исходного плеча (1) (фиг. 2)This goal is achieved due to the fact that the dipole antenna has two arms in the form of Sierpinski triangles, where the initial arm (1) is formed from an isosceles triangle with height h and base a , in which triangular notches are made in the form of a Sierpinski fractal with the vertices of the triangles indicated by , , , and 1 = 1 for the fractal of the 1st iteration, , , , and 1 = 1; a 2 = 1; 2; 3 for the fractal of the 2nd iteration; , , , and 1 = 1, a 2 = 1; 2; 3, a 3 = 1; 2; 3 for the fractal of the 3rd iteration, , , , a 1 = 1, a 2 = 1; 2; 3, and 3 = 1; 2; 3, ..., a n = 1; 2; 3 for the fractal of the nth iteration, with the sides , , ..., parallel to the base of a , and at each vertex of the Sierpinski fractal , , ..., the electrical contact is broken, while the symmetrical arm is obtained by turning the original arm 180 ° relative to the O x axis (2), passing through the top of the original isosceles triangle, opposite the base a and perpendicular to the plane of the original arm (1) (Fig. 2)
Рассмотрим работу дипольной антенны с модифицированной фрактальной структурой типа треугольник Серпинского.Consider the operation of a dipole antenna with a modified fractal structure of the Sierpinski triangle type.
На фиг. 3 показано треугольное плечо дипольной антенны с фракталом Серпинского 3-й итерации. Если во всех точках , , ; , , ; …; , , имеется электрический контакт, то высокочастотный ток протекает по поверхности антенны в соответствии с фиг. 4 (для прочих итераций фрактала Серпинского, путь высокочастотного тока строится по аналогии).In FIG. Figure 3 shows the triangular arm of a dipole antenna with a Sierpinski fractal of the 3rd iteration. If at all points , , ; , , ; ...; , , If there is an electrical contact, then a high-frequency current flows along the surface of the antenna in accordance with FIG. 4 (for other iterations of the Sierpinski fractal, the high-frequency current path is constructed by analogy).
Если разорвать электрический контакт во всех точках , , …, , тогда путь электрического тока изменится, и он будет протекать по поверхности антенны в соответствии с фиг. 5 (для прочих итераций фрактала Серпинского, путь высокочастотного тока строится по аналогии). На фиг. 5 точками обозначены места разрыва электрического контакта.If you break the electrical contact at all points , , ..., then the path of the electric current will change and it will flow along the surface of the antenna in accordance with FIG. 5 (for other iterations of the Sierpinski fractal, the high-frequency current path is constructed by analogy). In FIG. 5 dots indicate the break in the electrical contact.
Как видно из фиг. 5 в модифицированной антенне путь высокочастотного тока значительно увеличен, что дает основание утверждать о существенном снижении резонансной частоты антенны. Проверить данное утверждение можно с помощью расчетных методов вычислительной электродинамики, реализованных в различных системах автоматизированного проектирования электродинамических структур.As can be seen from FIG. 5 in a modified antenna, the path of the high-frequency current is significantly increased, which suggests that the antenna resonant frequency is significantly reduced. This statement can be checked using the computational methods of computational electrodynamics implemented in various computer-aided design systems of electrodynamic structures.
Оценка характеристик модифицированных и немодифицированных антенн проведена с помощью пакета моделирования FEKO компании ЕМ Software & Systems. Сравнение проводилось на примере дипольных антенн с фракталами Серпинского 1-5 итераций. Каждое плечо диполя представляет собой равнобедренный треугольник с высотой h=0,2 м, и основанием а=0,2 м. Примеры результатов расчетов приведены на фиг. 6-10, где обозначено: СерпN - график модуля комплексного коэффициента отражения |S11| для немодифицированной антенны с фракталом N-й итерации, СерпNм - график модуля комплексного коэффициента отражения |S11| для модифицированной антенны с фракталом N-й итерации.Evaluation of the characteristics of the modified and unmodified antennas was carried out using the FEKO simulation package from EM Software & Systems. The comparison was carried out on the example of dipole antennas with Sierpinski fractals of 1-5 iterations. Each arm of the dipole is an isosceles triangle with a height h = 0.2 m and a base a = 0.2 m. Examples of calculation results are shown in FIG. 6-10, where it is indicated: SickleN is a graph of the module of the complex reflection coefficient | S 11 | for an unmodified antenna with a fractal of the Nth iteration, SerpNm is a graph of the module of the complex reflection coefficient | S 11 | for a modified antenna with a fractal of the Nth iteration.
Как видно из фиг. 6-10 частота минимума модуля комплексного коэффициента отражения |S11| для рассмотренных итераций модифицированных фрактальных антенн существенно уменьшается (от 1,2 до 1,7 раз), что свидетельствует о сдвиге рабочего диапазона антенны в низкочастотную область и эффективности снижения размеров антенны с помощью модифицированной фрактальной структуры. Однако, при модификации фрактала наблюдается некоторое сужение рабочего диапазона и падение КПД. Данное условие необходимо иметь в виду при использовании описанной антенны в линии связи. Тем не менее, несмотря на ухудшение отдельных характеристик антенны с модифицированной фрактальной структурой, по сравнению с немодифицированной, она может найти свое применение в случае жестких условий, накладываемых на размеры антенной системы, например, при расположении на подвижных объектах. Кроме того, предлагаемая антенна, в отличие от прототипа не имеет практических ограничений по режиму работы, т.е. способна работать как на прием, так и на передачу.As can be seen from FIG. 6-10 the frequency of the minimum modulus of the complex reflection coefficient | S 11 | for the iterations of the modified fractal antennas considered, it decreases significantly (from 1.2 to 1.7 times), which indicates a shift in the antenna operating range to the low-frequency region and the efficiency of reducing the size of the antenna using a modified fractal structure. However, upon fractal modification, a certain narrowing of the working range and a drop in efficiency are observed. This condition must be borne in mind when using the described antenna in the communication line. Nevertheless, despite the deterioration of individual characteristics of the antenna with a modified fractal structure, compared with unmodified, it can find its application in the case of severe conditions imposed on the dimensions of the antenna system, for example, when located on moving objects. In addition, the proposed antenna, unlike the prototype, has no practical restrictions on the mode of operation, i.e. It is capable of working both on reception and transmission.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129849U RU177645U1 (en) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | DIPOLE ANTENNA WITH MODIFIED FRACTAL STRUCTURE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017129849U RU177645U1 (en) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | DIPOLE ANTENNA WITH MODIFIED FRACTAL STRUCTURE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU177645U1 true RU177645U1 (en) | 2018-03-05 |
Family
ID=61568117
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017129849U RU177645U1 (en) | 2017-08-23 | 2017-08-23 | DIPOLE ANTENNA WITH MODIFIED FRACTAL STRUCTURE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU177645U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6989794B2 (en) * | 2003-02-21 | 2006-01-24 | Kyocera Wireless Corp. | Wireless multi-frequency recursive pattern antenna |
US7113141B2 (en) * | 2005-02-01 | 2006-09-26 | Elta Systems Ltd. | Fractal dipole antenna |
US7362281B2 (en) * | 2006-06-29 | 2008-04-22 | Tatung Company | Planar antenna for radio frequency identification tag |
CN104063534A (en) * | 2014-07-11 | 2014-09-24 | 上海交通大学 | Design method for fractal multiple-frequency multimode dipole antenna |
-
2017
- 2017-08-23 RU RU2017129849U patent/RU177645U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6989794B2 (en) * | 2003-02-21 | 2006-01-24 | Kyocera Wireless Corp. | Wireless multi-frequency recursive pattern antenna |
US7113141B2 (en) * | 2005-02-01 | 2006-09-26 | Elta Systems Ltd. | Fractal dipole antenna |
US7362281B2 (en) * | 2006-06-29 | 2008-04-22 | Tatung Company | Planar antenna for radio frequency identification tag |
CN104063534A (en) * | 2014-07-11 | 2014-09-24 | 上海交通大学 | Design method for fractal multiple-frequency multimode dipole antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Li et al. | Miniaturized double-layer EBG structures for broadband mutual coupling reduction between UWB monopoles | |
Chang et al. | An active square loop frequency selective surface | |
JP2008147763A (en) | Ebg structure | |
CN107834194B (en) | Filtering antenna housing | |
CN111244635A (en) | Metamaterial wave absorber | |
CN105244570B (en) | Active frequencies select the design method on surface | |
CN114243266A (en) | Antenna and communication apparatus | |
RU177645U1 (en) | DIPOLE ANTENNA WITH MODIFIED FRACTAL STRUCTURE | |
CN205194854U (en) | Super surperficial circular polarization ware of ultra wide band electromagnetism | |
US9768505B2 (en) | MIMO antenna with no phase change | |
da Silva Junior et al. | Fractal and polar microstrip antennas and arrays for wireless communications | |
Wahyudi et al. | Broadband planar bow-tie antenna on high resistivity silicon substrate for terahertz application | |
CN210984967U (en) | Graphene-based tunable terahertz super surface and circuit | |
CN111129779A (en) | Graphene-based tunable terahertz super surface and circuit | |
Tiwari et al. | Rectangular Microstrip Patch Antenna vvith Photonic Band Gap Crystal for 60 GHz Communications | |
CN107994303B (en) | Low profile spatial filter | |
CN202004151U (en) | Multi-band antenna | |
JP5720800B2 (en) | Antenna device | |
CN207542399U (en) | Filter antenna cover | |
Biswas et al. | A polarization insensitive frequency selective surface with bandpass and bandstop response | |
Chejarla et al. | Polarization-angle insensitive metamaterial absorber for wide incident angles | |
Verma et al. | Comparative study of translated cross dipole and square loop frequency selective surfaces for band stop characteristics in X-band | |
Hasan et al. | Substrate height and dielectric constant dependent performance analysis of circular microstrip patch array antennas for broadband wireless access | |
RU155921U1 (en) | WIDTH BAND RADIATOR FOR PHASED ANTENNA ARRAYS WITH WIDE-ANGLE SCAN | |
Messatfa et al. | Analysis and Design of Printed Antenna Based on Photonic Crystal Substrate for 5 GHz Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20180824 |