RU183448U1 - PRINTED ANTENNA OF THE RADIO MODULE - Google Patents
PRINTED ANTENNA OF THE RADIO MODULE Download PDFInfo
- Publication number
- RU183448U1 RU183448U1 RU2018114824U RU2018114824U RU183448U1 RU 183448 U1 RU183448 U1 RU 183448U1 RU 2018114824 U RU2018114824 U RU 2018114824U RU 2018114824 U RU2018114824 U RU 2018114824U RU 183448 U1 RU183448 U1 RU 183448U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- strip conductor
- turns
- meander
- trace line
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract description 21
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 5
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 claims description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 9
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 1
- 238000011031 large-scale manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007474 system interaction Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/36—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith
- H01Q1/38—Structural form of radiating elements, e.g. cone, spiral, umbrella; Particular materials used therewith formed by a conductive layer on an insulating support
Landscapes
- Details Of Aerials (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к антенным устройствам для передачи и приема различных видов информации в области беспроводной связи и может быть использована в беспроводных сетях для доступа в Интернет, а также в беспроводных устройствах передачи данных телеметрии, работающих на частотах УКВ-диапазона, предпочтительно диапазона 868 МГц. Антенна содержит диэлектрическую панель, включающую плоскость заземления и расположенный на другой ее плоскости полосковый проводник в форме меандра, образующий дипольную антенну. Причем антенна выполнена ассиметричной и одноэлементной с полосковым проводником в виде единой периодической микрополосковой трассировочной линии в форме меандровой структуры, с чередующимися с равным шагом витками, образующими пакет витков. При этом общая длина трассировочной линии близка к половине длины волны центральной рабочей частоты рабочей полосы излучения антенны. Технический результат заключается в уменьшении габаритных размеров антенны. 5 з.п.ф-лы, 5 ил.The invention relates to antenna devices for transmitting and receiving various types of information in the field of wireless communication and can be used in wireless networks for accessing the Internet, as well as in wireless telemetry data transmission devices operating at VHF frequencies, preferably 868 MHz. The antenna contains a dielectric panel including a ground plane and a meander-shaped strip conductor located on its other plane, forming a dipole antenna. Moreover, the antenna is made asymmetric and single-element with a strip conductor in the form of a single periodic microstrip trace line in the form of a meander structure, with turns alternating with equal pitch, forming a package of turns. In this case, the total length of the trace line is close to half the wavelength of the central operating frequency of the working radiation band of the antenna. The technical result consists in reducing the overall dimensions of the antenna. 5 C.p. f-ls, 5 ill.
Description
Назначение и область примененияPurpose and scope
Настоящее техническое решение относится к антенным устройствам для передачи и приема различных видов информации в области беспроводной связи и может быть использовано в беспроводных сетях для доступа в Интернет, а также в беспроводных устройствах передачи данных телеметрии, работающих на частотах УКВ-диапазона, предпочтительно диапазона 868 МГц.The present technical solution relates to antenna devices for transmitting and receiving various types of information in the field of wireless communication and can be used in wireless networks for accessing the Internet, as well as in wireless telemetry data transmission devices operating at VHF frequencies, preferably 868 MHz .
Предшествующий уровень техникиState of the art
Беспроводные системы прочно вошли в нашу жизнь. В быту это различные мультимедийные системы, управляющие устройства, беспроводные интерфейсы, разнообразные системы мониторинга. В промышленности — системы сбора данных, автоматизированные и автоматические системы управления (от систем освещения до автоматизации зданий и их комплексов). На транспорте — отслеживание грузов, мониторинг параметров движения и т.д. Кроме того, сфера применения беспроводных устройств и систем на их основе постоянно растет как качественно (добавляются новые области), так и количественно (ширится число устройств, использующих радиоканал, увеличивается плотность узлов и сетей). Это вынуждает производителей беспроводных микросхем и разработчиков систем и программного обеспечения постоянно искать новые решения проблем взаимодействия узлов и систем, совместимости сетей, минимизировать размеры аппаратной части при обеспечении высокого уровня производительности.Wireless systems are firmly rooted in our lives. In everyday life, these are various multimedia systems, control devices, wireless interfaces, and various monitoring systems. In industry, data collection systems, automated and automatic control systems (from lighting systems to building automation and their complexes). In transport - cargo tracking, monitoring of traffic parameters, etc. In addition, the scope of wireless devices and systems based on them is constantly growing both qualitatively (new areas are added) and quantitatively (the number of devices using the radio channel is expanding, the density of nodes and networks is increasing). This forces wireless chip manufacturers and system and software developers to constantly look for new solutions to the problems of node and system interaction, network compatibility, and minimize hardware size while maintaining a high level of performance.
В беспроводных устройствах передачи данных телеметрии, работающих на частотах УКВ-диапазона, ключевым элементом в определении размеров и производительности является антенна.In wireless telemetry data transmission devices operating at VHF frequencies, the antenna is a key element in determining size and performance.
В этой связи, существует проблема создания антенн, адаптированных для размещения в компактном корпусе беспроводного устройства передачи, рабочие характеристики которых, такие как коэффициент полезного действия (КПД), уровень энергопотребления, ширина полосы пропускания, форма диаграммы направленности и пр. обеспечивали бы надежную и качественную связь.In this regard, there is a problem of creating antennas adapted for placement in a compact housing of a wireless transmission device, the performance of which, such as efficiency, energy level, bandwidth, radiation pattern, etc., would ensure reliable and high-quality communication.
Известны простые и надежные конструкции штыревых и спиральных антенн, которыми оснащаются, например, мобильные радиотелефоны. Существенным недостатком антенн таких конструкций являются большие габариты. Спиральные антенны выполняются навитыми на диэлектрический каркас, поэтому по сравнению со штыревыми антеннами они имеют меньшую геометрическую длину. Для уменьшения геометрической длины штыревых антенн их оснащают «укорачивающими» средствами, например, катушками индуктивности (Каменецкий М.В., Заикин В.А. Радиотелефоны / Санкт-Петербург, «Наука и техника», 2000, с.8-10).Simple and reliable designs of whip and helical antennas are known which, for example, are equipped with mobile radiotelephones. A significant disadvantage of antennas of such designs are large dimensions. Spiral antennas are made wound on a dielectric frame, therefore, in comparison with whip antennas, they have a shorter geometric length. To reduce the geometric length of the pin antennas, they are equipped with “shortening” means, for example, inductors (Kamenetsky MV, Zaikin VA Radiotelephones / St. Petersburg, “Science and Technology”, 2000, pp. 8-10).
Из предшествующего уровня техники известно модемное устройство USB с поворачивающейся (направленной) антенной и втягивающимся USB соединителем (US 7530823 В1, опубликовано 12.05.2009 г.). К числу недостатков данного технического решения можно отнести ограничения по снижению габаритных характеристик конструкции, невозможность выноса данной антенны в зону более уверенного приема радиосигнала, ограниченность расположением конечного клиентского оборудования; необходимость регулировки, настройки поворачивающейся (направленной) антенны для достижения максимально полезного результата; слабо выраженное направленное действие поворачивающейся (направленной) антенны и, как следствие, небольшое расстояние, на котором осуществляется устойчивый прием сигнала. Таким образом, указанное решение не обеспечивает решение задачи минимизации габаритных характеристик устройства при поддержании стабильно высоких рабочих характеристик беспроводного устройства передачи данных, обеспечивающих надежную и качественную связь.From the prior art, a USB modem device with a rotating (directional) antenna and a retractable USB connector is known (US 7530823 B1, published May 12, 2009). The disadvantages of this technical solution include restrictions on reducing the overall characteristics of the structure, the impossibility of moving this antenna into the area of more reliable radio signal reception, and the limited location of the final client equipment; the need to adjust, adjust the rotatable (directional) antenna to achieve the most useful result; weakly pronounced directional action of a rotating (directional) antenna and, as a result, a small distance at which the signal is received stably. Thus, this solution does not provide a solution to the problem of minimizing the overall characteristics of the device while maintaining consistently high performance characteristics of the wireless data transmission device, providing reliable and high-quality communication.
Из уровня техники известно также применение в беспроводных устройствах связи микрополосковых антенных устройств (печатных антенн). Появление микрополосковых антенных устройств (МПА) вызвано потребностью в легких, тонких, конформных и дешевых антенных устройствах, которые можно размещать на любых поверхностях с минимальной площадью. В настоящее время создано и запатентовано значительное число образцов микрополосковых одноэлементных антенн. Выявлена возможность создавать антенны с линейной и круговой поляризацией, а также возможность создания двухчастотных антенн. Любое микрополосковое антенное устройство представляет собой лист диэлектрика небольшой толщины с нанесенным с обеих сторон, как правило, тонким медным покрытием. На одной стороне изготовлены излучающий элемент, цепи питания, управления и согласования. Другая металлическая сторона антенной платы служит экраном. Широкое применение нашли печатные излучатели резонаторного типа, построенные на базе несимметричной полосковой линии. Другим типом микрополосковых антенн в печатном исполнении являются вибраторы различной конфигурации и щели, прорезанные в металлической стенке полосковой линии передачи симметричного типа. Различием этих антенн являются плоские ленточные спирали и криволинейные излучатели.The prior art also knows the use of microstrip antenna devices (printed antennas) in wireless communication devices. The appearance of microstrip antenna devices (MPA) is caused by the need for light, thin, conformal and cheap antenna devices that can be placed on any surface with a minimum area. At present, a significant number of samples of microstrip single-element antennas have been created and patented. The possibility of creating antennas with linear and circular polarization, as well as the possibility of creating dual-frequency antennas, has been revealed. Any microstrip antenna device is a dielectric sheet of small thickness with a thin copper coating applied on both sides, as a rule. On one side are made a radiating element, power circuits, control and coordination. The other metal side of the antenna board serves as a screen. Resonator-type printed emitters built on the basis of an asymmetric strip line are widely used. Another type of microstrip antenna in printed design is vibrators of various configurations and slots cut in the metal wall of the strip transmission line of a symmetrical type. The difference between these antennas are flat ribbon spirals and curved emitters.
Из предшествующего уровня техники известны также печатные антенны на основе несимметричных полосковых проводников, которые также нашли применение в конструкциях беспроводных устройствах передачи данных. Основным элементом таких антенн является плоский излучатель, расположенный на одной стороне диэлектрической пластины, другая, полностью металлизированная сторона которой выполняет функцию экрана, что позволяет сформировать одностороннюю диаграмму направленности (патент США №5323168, кл. H01Q 1/38, опубл. 1994). Недостаток печатных антенн подобной конструкции обусловлен зависимостью их КПД от толщины диэлектрической пластины: КПД антенны повышается с увеличением толщины диэлектрика, что приводит к увеличению веса и габаритов антенны, и, следовательно, устройства передачи данных.Printed antennas based on asymmetrical strip conductors, which have also found application in the construction of wireless data transmission devices, are also known from the prior art. The main element of such antennas is a flat emitter located on one side of the dielectric plate, the other, fully metallized side of which serves as a screen, which allows you to create a one-sided radiation pattern (US patent No. 5323168, CL H01Q 1/38, publ. 1994). The disadvantage of printed antennas of this design is due to the dependence of their efficiency on the thickness of the dielectric plate: the antenna efficiency increases with increasing thickness of the dielectric, which leads to an increase in the weight and dimensions of the antenna, and, consequently, the data transmission device.
Также из предшествующего уровня техники известны примеры встроенных антенн, печать которых осуществляется на диэлектрических подложках совместно с электронными компонентами. Интеграция радиочастотных элементов и компонентов цифровой электроники с приемо-передающими антеннами в единый модуль уменьшает количество проводов и разъемов, что снижает стоимость устройства. Тем не менее, такие конструкции имеют значительный недостаток, а именно паразитные выбросы от электронных компонентов (осцилляторов), расположенных на печатной плате, что может заметно уменьшить диапазон связи.Also, examples of integrated antennas are known from the prior art, the printing of which is carried out on dielectric substrates together with electronic components. Integration of radio frequency elements and components of digital electronics with transceiver antennas into a single module reduces the number of wires and connectors, which reduces the cost of the device. However, such designs have a significant drawback, namely spurious emissions from electronic components (oscillators) located on the printed circuit board, which can significantly reduce the communication range.
Внешняя дипольная антенна не имеет такого недостатка, поскольку она изолирована от элементов управляющей электроники. Однако такие антенны для диапазона 868 МГц имеют длину около 15см, что существенно ограничивает область их применения.An external dipole antenna does not have such a disadvantage, since it is isolated from the elements of the control electronics. However, such antennas for the 868 MHz range have a length of about 15 cm, which significantly limits their scope.
Современные устройства телеметрии имеют множество различных электронных компонент. Паразитные излучения этих компонент вблизи пути прохождения радиочастотного кабеля уменьшают динамический диапазон системы связи. Фактически измерения электромагнитной совместимости показывают, что такие помехи могут превышать уровень шума в системе связи более, чем на 20 дБ.Modern telemetry devices have many different electronic components. The spurious emissions of these components near the path of the radio frequency cable reduce the dynamic range of the communication system. In fact, measurements of electromagnetic compatibility show that such interference can exceed the noise level in a communication system by more than 20 dB.
Как правило, влияние паразитных компонентов на кабель можно свести к минимуму за счет использования специального пассивного электронного устройства, такого как балансный трансформатор (балун), для балансировки импедансов между антенной и ВЧ-цепью. Тем не менее, такой балун с печатной платой имеет линейный размер, равный четверти длины волны, и поэтому, как правило, он слишком велик для большинства устройств телеметрии, работающих на 868 МГц. Поэтому разработчики вынуждены использовать антенны без балуна. (А. Калачев «Построение беспроводного канала на базе компонентов Texas Instruments, Компоненты и технологии, № 4, 2012)As a rule, the influence of spurious components on the cable can be minimized by using a special passive electronic device, such as a balanced transformer (balun), to balance the impedances between the antenna and the RF circuit. However, such a balloon with a printed circuit board has a linear size equal to a quarter of the wavelength, and therefore, as a rule, it is too large for most telemetry devices operating at 868 MHz. Therefore, developers are forced to use antennas without a balloon. (A. Kalachev “Building a Wireless Channel Based on Texas Instruments Components, Components and Technologies, No. 4, 2012)
Вышеописанная проблема учтена в конструкции антенны, решение которой раскрыто в публикации патента США US 8,063,845, описывающем решение антенны содержащей диэлектрическую панель, включающую плоскость заземления и расположенный на другой ее плоскости полосковый проводник в форме меандра. образующий симметричную дипольную антенну, в частности, предназначенную для ее применения в полосе частот 315МГц в автомобильных приложениях, таких, например, как системы бесключевого доступа. Согласно раскрытому в патенте решению, антенна имеет первичную и вторичную антенные трассировочные линии, выполненные в виде дорожек полоскового проводника на печатной плате и соединены с модулем управления через соединитель. Обе трассировочные линии выполнены на одной стороне печатной платы. При этом, симметричная печатная меандровая дипольная антенна может дополнительно включать в себя индуктивность, расположенную между первичной и вторичной линиями трассировки антенны, а дополнительная нарезка линий трасс по краям антенны предназначена для обеспечения возможности дополнительной настройки импеданса антенны. В свою очередь, для обеспечения дополнительной настройки полосы частот антенна может также содержать резистор. Как следует из представленного в публикации патента описания, первичная и вторичная линии трассировки антенны могут включать в себя 16 вертикальных трасс, имеющих длину, приблизительно равную 70 мм и ширину, приблизительно равную 33 мм. Расстояние между линиями трассировки составляет примерно 5 мм. Ширина трассировочных линий, совместно с дополнительной нарезкой по краям, составляет 54 мм. Все трассировочные линии выполнены из проводящего материала, такого, например, как медь. В качестве материала диэлектрической подложки предпочтительно использован стеклотекстолит марки FR4. К числу недостатков данной антенны следует отнести избыточно большие габариты антенны, ограничивающие возможность ее применения для передачи данных телеметрических устройств, тем более, применительно к полосе частот 868МГц, и встраивания ее в объемлющие устройства. Необходимость симметрирования меандрового участка существенно усложняет, как конструкцию антенны, так и технологию ее изготовления, фактически удваивая при этом объем материала, необходимого для изготовления антенны. Дополнительно усложняют конструкцию как антенны, так и конечного устройства наличие соединителя, подстроечного резистора и индуктивности, которые должны быть прецизионными для точной подстройки, что дополнительно повышает риск некорректной настройки антенны, снижая тем самым эксплуатационные характеристики устройства, и усложняет технологический процесс изготовления антенны и устройства, ее включающего, увеличивая его по времени. Показатели направленности и согласованности антенны с выходом передатчика не являются недостижимыми, и могут быть даже превзойдены. Вместе с тем, данное решение, по совокупности существенных признаков, принято за прототип. The above problem is taken into account in the antenna design, the solution of which is disclosed in US Pat. No. 8,063,845, which describes the solution of an antenna comprising a dielectric panel including a ground plane and a meander-shaped strip conductor located on its other plane. forming a symmetrical dipole antenna, in particular, intended for its use in the frequency band 315 MHz in automotive applications, such as, for example, keyless entry systems. According to the solution disclosed in the patent, the antenna has primary and secondary antenna tracing lines made in the form of tracks of a strip conductor on a printed circuit board and connected to the control module via a connector. Both tracing lines are made on one side of the circuit board. At the same time, a symmetrical printed meander dipole antenna may additionally include an inductance located between the primary and secondary antenna trace lines, and additional cutting of the trace lines along the edges of the antenna is designed to provide the possibility of additional tuning of the antenna impedance. In turn, to provide additional tuning of the frequency band, the antenna may also contain a resistor. As follows from the description in the patent publication, the primary and secondary antenna trace lines may include 16 vertical paths having a length of approximately 70 mm and a width of approximately 33 mm. The distance between the trace lines is approximately 5 mm. The width of the trace lines, together with additional cutting along the edges, is 54 mm. All trace lines are made of conductive material, such as copper, for example. As the material of the dielectric substrate is preferably used fiberglass brand FR4. The disadvantages of this antenna include the excessively large dimensions of the antenna, limiting the possibility of its use for transmitting telemetry device data, especially with respect to the 868 MHz frequency band, and its integration into surround devices. The need to symmetry the meander portion significantly complicates both the design of the antenna and the technology of its manufacture, while actually doubling the amount of material needed to make the antenna. In addition, the design of both the antenna and the end device is complicated by the presence of a connector, a tuning resistor, and inductance, which must be precision for fine tuning, which further increases the risk of incorrect antenna tuning, thereby reducing the operational characteristics of the device, and complicates the manufacturing process of the antenna and device, including it, increasing it in time. The directivity and consistency of the antenna with the transmitter output are not unattainable, and can even be surpassed. However, this decision, in terms of the essential features, is taken as a prototype.
Сущность заявленной полезной модели.The essence of the claimed utility model.
Технической задачей полезной модели, на решение которой направлено заявляемое решение является предложение простой, компактной конструкции печатной антенны, обеспечивающей высокие эксплуатационные характеристики.The technical task of the utility model, the solution of which the claimed solution is directed, is to offer a simple, compact design of a printed antenna that provides high performance.
Технический результат, достигаемый заявленной полезной моделью, заключается в расширении арсенала известных технических средств, за счет оптимизации конфигурации печатной антенны, действующей в полосе частот 868МГц, обеспечивающей компактность антенны и ее высокие эксплуатационных характеристики.The technical result achieved by the claimed utility model consists in expanding the arsenal of known technical means by optimizing the configuration of the printed antenna operating in the frequency band 868 MHz, ensuring the compactness of the antenna and its high operational characteristics.
Указанный технический результат достигается применением печатной антенны радиомодуля, содержащей диэлектрическую панель, включающую плоскость заземления и расположенный на другой ее плоскости полосковый проводник в форме меандра, образующий дипольную антенну, отличающейся от прототипа тем, что антенна выполнена ассиметричной и одноэлементной, с полосковым проводником в виде единой периодической микрополосковой трассировочной линии в форме меандровой структуры, с чередующимися с равным шагом витками, образующими пакет витков, при этом, общая длина трассировочной линии близка к половине длины волны центральной рабочей частоты рабочей полосы излучения антенны.The specified technical result is achieved by the use of a printed antenna of a radio module containing a dielectric panel, including a ground plane and a meander-shaped strip conductor located on its other plane, forming a dipole antenna, which differs from the prototype in that the antenna is made asymmetric and single-element, with a strip conductor in the form of a single a periodic microstrip trace line in the form of a meander structure, with turns alternating with equal pitch forming a packet of turns, is the total length of the trace line is close to a half wavelength of the central operating frequency of the antenna operating band radiation.
В предпочтительном варианте осуществления заявленной полезной модели, трассировочная линия полоскового проводника выполнена в виде чередующихся в форме меандра, с равным шагом не более 1,7мм, П-образных витков, состоящих из горизонтальных и вертикальных участков, где длина антенны вдоль пакета витков составляет 0,038λ, а длина каждого вертикального участка витка - 0,026λ, где λ – длина волны на центральной рабочей частоте 868 МГц. При этом, ширина полоскового проводника, предпочтительно, не менее 0,3 мм и не более 0,4 мм.In a preferred embodiment of the claimed utility model, the trace line of the strip conductor is made in the form of alternating in the form of a meander, with an equal pitch of no more than 1.7 mm, U-shaped turns consisting of horizontal and vertical sections, where the antenna length along the packet of turns is 0.038λ , and the length of each vertical section of the coil is 0.026λ, where λ is the wavelength at the central operating frequency of 868 MHz. Moreover, the width of the strip conductor, preferably not less than 0.3 mm and not more than 0.4 mm
В одном из вариантов осуществления, один из боковых вертикальных участков полоскового проводника выполнен укороченным и сопряжен с горизонтальным участком, открытым с наружной стороны, для сопряжения с согласующим контуром усилительного каскада радиомодуля. In one embodiment, one of the lateral vertical portions of the strip conductor is shortened and mates with a horizontal portion open from the outside to interface with the matching circuit of the amplifier stage of the radio module.
Согласно заявленной полезной модели, диэлектрическая подложка, предпочтительно, выполнена из стеклотекстолита, например, марки FR4, а полосковый проводник выполнен из меди.According to the claimed utility model, the dielectric substrate is preferably made of fiberglass, for example, brand FR4, and the strip conductor is made of copper.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где:The claimed technical solution is illustrated by drawings, where:
фиг.1 - антенна радиомодуля; figure 1 - antenna of the radio module;
фиг. 2 - расположение антенны на плате радиомодуля;FIG. 2 - antenna location on the radio module board;
фиг.3 - диаграмма направленности антенны радиомодуля: а) прототип; б) заявленное решение;figure 3 - radiation pattern of the antenna of the radio module: a) prototype; b) the declared decision;
фиг.4 - объемная диаграмма направленности антенны, согласно заявленному решению;figure 4 - three-dimensional radiation pattern of the antenna, according to the claimed solution;
фиг.5 - диаграмма Вольперта-Смита: а) прототип; б) заявленное решение.5 is a diagram of Wolpert-Smith: a) prototype; b) the declared decision.
Следует отметить, что прилагаемые чертежи иллюстрируют только один из наиболее предпочтительных вариантов выполнения полезной модели и не могут рассматриваться в качестве ограничений ее содержания, которое может включать другие возможные варианты осуществления.It should be noted that the accompanying drawings illustrate only one of the most preferred embodiments of the utility model and cannot be considered as limitations on its content, which may include other possible embodiments.
Пример осуществимости полезной моделиUtility Model Feasibility Example
Как следует из представленных на чертежах фиг. 1 и 2 графических представлений заявленного решения, печатная антенна радиомодуля включает подложку в виде диэлектрической панели 1, выполненной, предпочтительно из стеклотекстолита, например, марки FR4, предпочтительно, толщиной 0,8мм, на одной из сторон которой размещен полосковый проводник 2, выполненный, предпочтительно, из меди, в виде печатной дорожки толщиной 0,035 мм, образующей единую периодическую микрополосковую трассировочную линию в форме меандровой структуры, содержащей, согласно представленному примеру осуществления, набор (пакет) из зигзагообразно расположенных, однотипных П-образных витков 3. Каждый виток содержит вертикальные 4 и горизонтальные 5 участки. При этом, витки расположены эквидистантно, с равным шагом H. В совокупности, согласно представленному примеру осуществления, горизонтальные и вертикальные участки образуют 7,5 витков, с шагом H=1,7 мм. As follows from the FIGS. 1 and 2 of the graphical representations of the claimed solution, the printed antenna of the radio module includes a substrate in the form of a
Согласно заявленной полезной модели, антенна имеет габаритные размеры в долях длины волны λ на центральной рабочей частоте составляющие: L= 0,038λ, где L-длина антенны вдоль пакета витков, и W=0,026 λ, где W - длина каждого вертикального участка витка, а – длина волны. В представленном примере осуществления, антенна радиомодуля настроена на рабочую частоту 868 МГц, таким образом, габаритные размеры печатной антенны согласно представленному примеру осуществления составят (LxW) - 13х9 мм. Очевидно, даже по отношению к длине волны предлагаемая антенна имеет более оптимальную конструкцию по сравнению с прототипом (соотношение LxW прототипа в долях длины волны - 0,074 λх0,057 λ). При этом, длина каждого из горизонтальных участков витков микрополосковой трассировочной линии заявленного решения составляет 1,25 мм, а вертикальных, за исключением одного из боковых, выполненного укороченным, составляет – 9 мм, ширина полоскового проводника, предпочтительно, выбирается не менее 0,3 мм и не более 0,4 мм. Оптимальная длина укороченного бокового вертикального участка антенны, в частности, зависит от геометрии слоя заземления и рабочей частоты антенны, уменьшаясь с ее увеличением. Очевидным образом, заявленное решение может быть применено не только в отношении представленной в примере осуществления рабочей полосы частот 868 МГц, но и других частот, используемых в беспроводных устройствах приема передачи телеметрических данных. В представленном примере осуществления ширина дорожки полоскового проводника составляет – 0,4 мм. Таким образом, в совокупности длина трассировочной линии составляет приблизительно половину длины волны, на рабочей частоте 868 МГц. Это делает излучение антенны эквивалентным излучению полуволновой асимметричной дипольной антенны. According to the claimed utility model, the antenna has overall dimensions in fractions of the wavelength λ at the central operating frequency of the components: L = 0.038λ, where L is the antenna length along the bundle of turns, and W = 0.026 λ, where W is the length of each vertical portion of the turn, and - wavelength. In the presented embodiment, the antenna of the radio module is tuned to the operating frequency of 868 MHz, thus the overall dimensions of the printed antenna according to the presented embodiment are (LxW) - 13x9 mm. Obviously, even with respect to the wavelength, the proposed antenna has a more optimal design compared to the prototype (the ratio LxW of the prototype in fractions of the wavelength is 0.074 λx0.057 λ). Moreover, the length of each of the horizontal sections of the turns of the microstrip trace line of the claimed solution is 1.25 mm, and the vertical, with the exception of one of the side, made shortened, is 9 mm, the width of the strip conductor is preferably selected at least 0.3 mm and no more than 0.4 mm. The optimal length of the shortened side vertical section of the antenna, in particular, depends on the geometry of the ground plane and the operating frequency of the antenna, decreasing with its increase. Obviously, the claimed solution can be applied not only to the 868 MHz operating frequency band presented in the example, but also to other frequencies used in wireless telemetry data receiving devices. In the present embodiment, the width of the strip of the strip conductor is 0.4 mm. Thus, in total, the length of the trace line is approximately half the wavelength, at the operating frequency of 868 MHz. This makes the radiation of the antenna equivalent to the radiation of a half-wave asymmetric dipole antenna.
На чертеже фиг. 2 показано расположение антенны на плате радиомодуля. Как следует из представленного примера осуществления, для передачи сигнала в антенну не требуется дополнительных разъемов и соединителей. Согласование радиочастнотного сигнала с антенной обеспечивается согласующим контуром, выполненным на реактивных элементах, компенсирующих реактивные составляющие входного сопротивления антенны. Поскольку полное входное сопротивление данной антенны примерно согласовано с сопротивлением 50 Ом, внешние согласующие элементы не требуются. На величину полного входного сопротивления антенны влияет геометрия слоя заземления платы. Поэтому длину антенны настраивают в соответствии с размером и формой слоя заземления, например, подключением последовательных и шунтирующих элементов в точке питания антенны. Их можно использовать для компенсации рассогласования, вызванного пластмассовым корпусом и наличием других объектов вблизи антенны.In the drawing of FIG. Figure 2 shows the location of the antenna on the radio module board. As follows from the presented embodiment, for the signal to the antenna does not require additional connectors and connectors. The coordination of the radio frequency signal with the antenna is ensured by a matching circuit made on reactive elements that compensate for the reactive components of the input impedance of the antenna. Since the total input impedance of this antenna is roughly matched with a resistance of 50 ohms, external matching elements are not required. The value of the antenna input impedance is affected by the geometry of the board ground plane. Therefore, the length of the antenna is adjusted in accordance with the size and shape of the ground layer, for example, by connecting serial and shunt elements at the antenna feed point. They can be used to compensate for the mismatch caused by the plastic case and the presence of other objects near the antenna.
Результаты измерения рабочих характеристик антенны, представленной в качестве примера осуществления, показали, что компактность габаритных размеров антенны не ухудшило ее рабочих характеристик.The results of measuring the operating characteristics of the antenna, presented as an example of implementation, showed that the compact overall dimensions of the antenna did not impair its performance.
Как показано на диаграмме Вольперта-Смита (фиг. 5б)) антенна обеспечивает значение КСВР в пределах 2 (коэффициент отражение антенны не превышает -10 дБ) в диапазоне 862,8 ... 879,3 МГц. Значение КСВР на основной рабочей частоте составляет 1,4, что свидетельствует о более высокой степени согласования с передатчиком импедансом 50 Ом, чем у антенны прототипа (фиг. 5а)). Коэффициент отражения менее -10 дБ, или КСВР менее 2, гарантирует, что более 90% доступной мощности подается на антенну. As shown in the Volpert-Smith diagram (Fig. 5b)), the antenna provides an SWR value within 2 (the reflection coefficient of the antenna does not exceed -10 dB) in the range of 862.8 ... 879.3 MHz. The value of the SWRC at the main operating frequency is 1.4, which indicates a higher degree of coordination with the transmitter with an impedance of 50 Ohms than the antenna of the prototype (Fig. 5a)). A reflection coefficient of less than -10 dB, or an RRC of less than 2, ensures that more than 90% of the available power is supplied to the antenna.
Представленная на графике фиг.4 объемная диаграмма направленности антенны радиомодуля, согласно представленному примеру осуществления, показывает близкую к сферической форму, что достигается как конфигурацией антенны, выполненной таким образом, что распределение фазы тока в антенном тракте близко к линейному, и отсутствуют элементы, вносящие фазовый сдвиг, обуславливающие в итоге к отсутствие боковых лепестков в диаграмме направленности, и более равномерное распределение напряженности поля антенны. Ориентация печатной антенны радиомодуля при проведении измерений указана на графике фиг.4. Presented on the graph of FIG. 4, a three-dimensional radiation pattern of the antenna of the radio module, according to the embodiment shown, shows a close to spherical shape, which is achieved as an antenna configuration made in such a way that the current phase distribution in the antenna path is close to linear, and there are no elements introducing phase a shift, which ultimately leads to the absence of side lobes in the radiation pattern, and a more uniform distribution of the antenna field strength. The orientation of the printed antenna of the radio module during measurements is shown in the graph of figure 4.
Приведенные на графиках фиг.3а) и 3б) сравнительные характеристики диаграммы направленности в горизонтальной плоскости прототипа и заявленного решения подтверждают вышеприведенные выводы. В сопоставлении с прототипом, диаграмма направленности заявленного решения близка к сферической и характеризуется низким уровнем неравномерности характеристики в рабочей полосе частот, не превышающей 6,1 дБ.Shown in the graphs of figa) and 3b), the comparative characteristics of the radiation pattern in the horizontal plane of the prototype and the claimed solution confirm the above conclusions. In comparison with the prototype, the radiation pattern of the claimed solution is close to spherical and is characterized by a low level of non-uniformity of characteristics in the working frequency band, not exceeding 6.1 dB.
Печатная антенна согласно заявленной полезной модели может быть выполнена любым известным из уровня данной области техники способом и с использованием широкого известного технологического оборудования и материалов для изготовления печатных плат. A printed antenna according to the claimed utility model can be made by any method known in the art and using a wide variety of known technological equipment and materials for the manufacture of printed circuit boards.
Таким образом, представленный пример осуществимости заявленного решения полезной модели, показывает, что предложенная конфигурация печатной антенны позволяет существенно снизить габаритные размеры конструкции, при улучшении показателей направленности и согласованности предлагаемой антенны по сравнению с известными в уровне техники, что позволяет использовать данное решение в миниатюрных беспроводных устройствах, с передачей данных на существенно большие расстояния. При этом, предложенная конфигурация антенны позволяет исключить дополнительные элементы, такие, как соединители, резисторы и индуктивности, обеспечивающие в решении прототипа симметрирование частей антенны и ее дополнительную настройку. Thus, the presented example of the feasibility of the claimed solution of the utility model shows that the proposed configuration of the printed antenna can significantly reduce the overall dimensions of the structure, while improving the directivity and consistency of the proposed antenna in comparison with the known in the prior art, which allows the use of this solution in miniature wireless devices , with data transmission over significantly long distances. At the same time, the proposed antenna configuration eliminates additional elements, such as connectors, resistors and inductances, which ensure that the antenna parts are balanced and additionally configured in the prototype solution.
Кроме того, эффективность выбора формы представления антенны печатным способом позволяет обеспечить:In addition, the efficiency of the choice of the form of representation of the antenna in a printed manner allows to ensure
- повторяемость рабочих характеристик при крупносерийном производстве;- repeatability of performance in large-scale production;
- отсутствие необходимости использования внешней антенны;- no need to use an external antenna;
- уменьшение номенклатуры составных частей изделия.- reduction of the range of components of the product.
В результате интеграции всех узлов радиоприемо-передающего устройства с антенной в единый модуль обеспечивается синергетический эффект заключающийся в существенно повышенной физической целостности и устойчивости устройства, а используемая конфигурация антенного тракта приводит к уменьшению потерь мощности выходного радиосигнала, при сохранении качества связи.As a result of the integration of all nodes of the radio-transmitting and transmitting device with the antenna into a single module, a synergistic effect is achieved consisting in significantly increased physical integrity and stability of the device, and the configuration of the antenna path used reduces the power loss of the output radio signal, while maintaining the quality of communication.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018114824U RU183448U1 (en) | 2018-04-23 | 2018-04-23 | PRINTED ANTENNA OF THE RADIO MODULE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018114824U RU183448U1 (en) | 2018-04-23 | 2018-04-23 | PRINTED ANTENNA OF THE RADIO MODULE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU183448U1 true RU183448U1 (en) | 2018-09-24 |
Family
ID=63671326
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018114824U RU183448U1 (en) | 2018-04-23 | 2018-04-23 | PRINTED ANTENNA OF THE RADIO MODULE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU183448U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU194495U1 (en) * | 2019-09-03 | 2019-12-12 | Андрей Александрович Красовский | Hybrid microwave RFID antenna |
RU2757647C1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-10-19 | Николай Александрович Кузнецов | Smart module |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU68188U1 (en) * | 2007-05-18 | 2007-11-10 | Московский государственный институт электроники и математики (технический университет) | MICROWAVE ANTENNA |
US8063845B2 (en) * | 2007-09-12 | 2011-11-22 | Flextronics Automotive Inc. | Symmetrical printed meander dipole antenna |
US20110309993A1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-22 | Ziming He | Small-size printed circuit board-printed meander line inverted-f antenna for radio frequency integrated circuits |
RU2482580C2 (en) * | 2008-06-26 | 2013-05-20 | Ар Эф Рэйдер, Ллс | Microstrip antenna for electromagnetic radiation scattering device |
-
2018
- 2018-04-23 RU RU2018114824U patent/RU183448U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU68188U1 (en) * | 2007-05-18 | 2007-11-10 | Московский государственный институт электроники и математики (технический университет) | MICROWAVE ANTENNA |
US8063845B2 (en) * | 2007-09-12 | 2011-11-22 | Flextronics Automotive Inc. | Symmetrical printed meander dipole antenna |
RU2482580C2 (en) * | 2008-06-26 | 2013-05-20 | Ар Эф Рэйдер, Ллс | Microstrip antenna for electromagnetic radiation scattering device |
US20110309993A1 (en) * | 2010-06-21 | 2011-12-22 | Ziming He | Small-size printed circuit board-printed meander line inverted-f antenna for radio frequency integrated circuits |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU194495U1 (en) * | 2019-09-03 | 2019-12-12 | Андрей Александрович Красовский | Hybrid microwave RFID antenna |
RU2757647C1 (en) * | 2020-12-25 | 2021-10-19 | Николай Александрович Кузнецов | Smart module |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7245268B2 (en) | Quadrifilar helical antenna | |
AU2006246353B2 (en) | Antenna apparatus and method of forming same | |
US20110309993A1 (en) | Small-size printed circuit board-printed meander line inverted-f antenna for radio frequency integrated circuits | |
US20100201578A1 (en) | Half-loop chip antenna and associated methods | |
JP2005210680A (en) | Antenna device | |
US7817103B2 (en) | Dual-band multi-pitch parasitic half-wave (MPPH) antenna | |
US10381737B2 (en) | 3D printed miniaturized quadrifilar helix antenna | |
US6384798B1 (en) | Quadrifilar antenna | |
US20110309985A1 (en) | Wideband printed circuit board-printed antenna for radio frequency front end circuit | |
US20050237255A1 (en) | Small footprint dual band dipole antennas for wireless networking | |
JP2011517218A (en) | Wideband high gain dielectric notch radiator antenna | |
CN101682110A (en) | ultra wideband antenna | |
KR20020033582A (en) | Antenna and radio wave receiving/transmitting apparatus therewith and method of manufacturing the antenna | |
JP2001267841A (en) | Antenna system and portable radio equipment | |
RU183448U1 (en) | PRINTED ANTENNA OF THE RADIO MODULE | |
CN109786960B (en) | Vivaldi antenna based on ultra-wideband high-gain improvement | |
KR100899293B1 (en) | Broadband antenna of dual resonance | |
US6686893B2 (en) | Dual band antenna | |
CN112134005A (en) | Dipole antenna and wireless device | |
WO2006011723A1 (en) | Quadrifilar helical antenna | |
WO2006036116A1 (en) | Ring antenna | |
JP4329579B2 (en) | Antenna device | |
WO2007030401A2 (en) | Antenna and rf terminal incorporating the antenna | |
JP2023107001A (en) | antenna device | |
JP4257659B2 (en) | ANTENNA ELEMENT AND RADIO COMMUNICATION DEVICE USING THE SAME |