RU202590U1

RU202590U1 - Cross-notch Millimeter-Wave Microstrip Printed Antenna

Info

Publication number: RU202590U1
Application number: RU2020137213U
Authority: RU
Inventors: Гузель Идрисовна Абдрахманова; Елизавета Павловна Грахова
Priority date: 2020-11-11
Filing date: 2020-11-11
Publication date: 2021-02-26

Abstract

Использование: полезная модель относится к области радиотехники, в частности к антенным устройствам беспроводных систем связи, и может быть использована в радиосистемах миллиметрового диапазона.Технический результат: формирование и прием радиосигналов в диапазоне миллиметровых волн (76-80 ГГц).Сущность полезной модели: микрополосковая печатная антенна, состоящая из основания, излучателя, питающей полоски и плоскости земли, отличающаяся тем, что излучатель выполнен восьмиугольным с крестообразной выемкой в центре, причем стороны вертикального и горизонтального прямоугольников, образующих при пересечении крест выемки, равны одной восьмой и одной второй длины волны миллиметрового диапазона.Usage: the utility model relates to the field of radio engineering, in particular to antenna devices for wireless communication systems, and can be used in millimeter-wave radio systems. Technical result: the formation and reception of radio signals in the millimeter wave range (76-80 GHz). a printed antenna consisting of a base, a radiator, a feed strip and a ground plane, characterized in that the radiator is octagonal with a cruciform recess in the center, and the sides of the vertical and horizontal rectangles forming the recesses at the intersection of the cross are equal to one eighth and one second of the millimeter wavelength range.

Description

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к антенным устройствам беспроводных систем связи, и может быть использована в радиосистемах миллиметрового диапазона.The utility model relates to the field of radio engineering, in particular to antenna devices of wireless communication systems, and can be used in millimeter-wave radio systems.

Известна миниатюрная микрополосковая антенна (патент RU 188495, МПК H01Q 1/38, 16.04.2019), содержащая линию питания, экран, излучающую пластину на диэлектрической подложке, которая с помощью монтажных элементов подвешена над экраном. При этом излучающая пластина снабжена Г-образными вырезами, а излучающая пластина и диэлектрическая подложка загнуты внутрь пространства между экраном и диэлектрической подложкой. Технический результат заключается в удлинении пути протекания тока, что позволяет понизить резонансную частоту антенныKnown miniature microstrip antenna (patent RU 188495, IPC H01Q 1/38, 04/16/2019), containing a power line, a screen, a radiating plate on a dielectric substrate, which is suspended above the screen using mounting elements. In this case, the emitting plate is provided with L-shaped notches, and the emitting plate and the dielectric substrate are bent inside the space between the screen and the dielectric substrate. The technical result consists in lengthening the path of current flow, which makes it possible to lower the resonant frequency of the antenna

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в узкой полосе частот 0,92 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).The disadvantage of the analog is limited functionality due to the fact that the device operates in a narrow 0.92 GHz frequency band and does not capture the millimeter wave band (30-300 GHz).

Известна компактная сверхширокополосная антенна (патент RU 2524563, МПК H01Q 9/16, 27.07.2014), состоящая из двух симметричных излучающих элементов, расположенных с одной стороны диэлектрического слоя, и дифференциальной полосковой линии питания, размещенной на обеих сторонах упомянутого диэлектрического слоя, к верхней и нижней сторонам которого плотно прилегают соответственно дополнительные верхний и нижний диэлектрические слои, и две соединительные пластины с межслойными соединениями, выполненные с возможностью создания электрического контакта между концами упомянутых излучающих элементов, размещены на внешних поверхностях упомянутых верхнего и нижнего диэлектрических слоев; причем симметричные излучающие элементы имеют вырезы на концах, а также вырезы внутри таким образом, что излучающие элементы имеют U-образную форму, и по внутреннему и внешнему периметру излучающих элементов выполнены дополнительные вырезы.Known compact ultra-wideband antenna (patent RU 2524563, IPC H01Q 9/16, 07/27/2014), consisting of two symmetric radiating elements located on one side of the dielectric layer, and a differential strip power line placed on both sides of the said dielectric layer, to the upper and the lower sides of which, respectively, additional upper and lower dielectric layers closely adjoin, and two interconnecting plates with interlayer connections, made with the possibility of creating electrical contact between the ends of said radiating elements, are placed on the outer surfaces of said upper and lower dielectric layers; moreover, symmetrical radiating elements have cutouts at the ends, as well as cutouts inside so that the radiating elements have a U-shape, and additional cutouts are made along the inner and outer perimeter of the radiating elements.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в полосе частот 6-10 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).The disadvantage of the analog is limited functionality due to the fact that the device operates in the 6-10 GHz frequency band and does not capture the millimeter wave band (30-300 GHz).

Известна широкополосная микрополосковая дипольная антенна (патент RU 191904, МПК H01Q 9/00, 28.08.2019), содержащая симметричный диполь с двумя излучающими плечами, щель, линию питания, размещенные на диэлектрической подложке. При этом плечи диполя снабжены дополнительными проводящими сегментами прямоугольной формы, расположенные над излучающими плечами диполя на расстоянии, равном не менее чем одна толщина подложки. Технический результат заключается в расширении полосы рабочих частот.Known broadband microstrip dipole antenna (patent RU 191904, IPC H01Q 9/00, 08/28/2019), containing a symmetric dipole with two radiating arms, a slot, a power line, placed on a dielectric substrate. In this case, the arms of the dipole are equipped with additional conducting rectangular segments located above the emitting arms of the dipole at a distance equal to at least one thickness of the substrate. The technical result consists in expanding the operating frequency band.

Недостатком аналога являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в узкой полосе частот 2,6 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).The disadvantage of the analog is limited functionality due to the fact that the device operates in a narrow 2.6 GHz frequency band and does not capture the millimeter wave band (30-300 GHz).

Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели является однослойная микрополосковая антенна (патент RU 2327263, МПК H01Q 1/38, 20.06.2008), включающая в себя основание и сформированные на нем излучатель в форме кольца или многоугольника, питающую полоску, отделенную от излучателя промежутком заданной постоянной величины, и плоскость земли, представляющую собой металлическое покрытие противоположной стороны диэлектрического основания. Однослойная микрополосковая антенна может иметь толщину основания от 1 мм до 1,9 мм, выполненного из диэлектрического материала, может иметь бескорпусной резистор, подключенный к одному из концов питающей полоски для согласования импеданса. Излучатель и питающая полоска выполнены из металлического материала. Длина периметра излучателя по существу равна длине волны радиочастоты. Длина питающей полоски приблизительно равна четверти длины волны радиочастоты. Питающая полоска возбуждает ток в излучателе через промежуток за счет электромагнитной связи, причем форма питающей полоски аналогична или подобна форме излучателя. Изменение длины промежутка приводит к изменению поляризации и полосы пропускания антенны. Один конец питающей полоски соединен с коаксиальной линией, другой конец питающей полоски свободен. Промежуток между питающей полоской и излучателем сохраняется неизменным. Радиочастота входит в пределы частотного диапазона SDMB (2,63-2,68 ГГц).The closest to the proposed utility model is a single-layer microstrip antenna (patent RU 2327263, IPC H01Q 1/38, 06/20/2008), which includes a base and a radiator in the form of a ring or a polygon formed on it, a supply strip separated from the radiator by an interval of a given constant magnitude, and the plane of the earth, which is a metal coating on the opposite side of the dielectric base. A single-layer microstrip antenna can have a base thickness from 1 mm to 1.9 mm, made of dielectric material, it can have an open-frame resistor connected to one of the ends of the supply strip for impedance matching. The emitter and the supply strip are made of metal material. The length of the perimeter of the emitter is substantially equal to the wavelength of the radio frequency. The feed strip is approximately one quarter of the RF wavelength. The supply strip excites a current in the emitter through the gap due to electromagnetic coupling, and the shape of the supply strip is similar or similar to the form of the emitter. Changing the gap length changes the polarization and bandwidth of the antenna. One end of the feed strip is connected to the coaxial line, the other end of the feed strip is free. The gap between the supply strip and the emitter remains unchanged. The radio frequency is within the SDMB frequency range (2.63-2.68 GHz).

Недостатком прототипа являются ограниченные функциональные возможности, обусловленные тем, что устройство работает в узкой полосе частот 2,63-2,68 ГГц и не захватывает полосу миллиметровых волн (30-300 ГГц).The disadvantage of the prototype is the limited functionality due to the fact that the device operates in a narrow frequency band of 2.63-2.68 GHz and does not capture the millimeter wave band (30-300 GHz).

Задачей полезной модели является обеспечение функционирования в диапазоне миллиметровых волн и обеспечение электромагнитной совместимости с существующими устройствами беспроводной связи.The task of the utility model is to ensure operation in the millimeter wave range and to ensure electromagnetic compatibility with existing wireless communication devices.

Техническим результатом являются формирование и прием радиосигналов в диапазоне миллиметровых волн (76-80 ГГц).The technical result is the formation and reception of radio signals in the range of millimeter waves (76-80 GHz).

Поставленная задача решается, а технический результат достигается тем, что в микрополосковой печатной антенне, состоящей из основания, излучателя, питающей полоски и плоскости земли, согласно полезной модели, излучатель выполнен восьмиугольным с крестообразной выемкой в центре, причем стороны вертикального и горизонтального прямоугольников, образующих при пересечении крест выемки, равны одной восьмой и одной второй длины волны миллиметрового диапазона.The problem is solved, and the technical result is achieved by the fact that in a microstrip printed antenna consisting of a base, a radiator, a supply strip and a ground plane, according to the utility model, the radiator is octagonal with a cruciform recess in the center, and the sides of the vertical and horizontal rectangles forming at crossing the cross notches are equal to one-eighth and one-second of the millimeter wavelength.

Существо полезной модели поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена микрополосковая печатная антенна миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой (вид спереди). На фиг. 2 изображена плоскость земли микрополосковой печатной антенны миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой (вид сзади). На фиг. 3 изображен график зависимости обратных потерь S11 от частоты.The essence of the utility model is illustrated by drawings. FIG. 1 depicts a microstrip printed millimeter-wave antenna with a cross-shaped notch (front view). FIG. 2 depicts the ground plane of a millimeter-wave microstrip printed antenna with a cruciform notch (rear view). FIG. 3 is a plot of S11 return loss versus frequency.

Микрополосковая печатная антенна миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой (фиг. 1) включает излучатель 1 восьмиугольной формы, крестообразную выемку 2 в плоскости излучателя 1, образованную пересечением вертикального и горизонтального прямоугольников со сторонами, равными одной восьмой и одной второй длины волны миллиметрового диапазона, питающую полоску 3, связанную с излучателем 1 и соединенную с входным SMA-разъемом 5, расположенные на основании 4, выполненном из диэлектрического ламината Rogers RO3003. С обратной стороны основания 4 расположена плоскость земли 6 (фиг. 2), соединенная с входным SMA-разъемом 5. Излучатель 1, питающая полоска 3 и плоскость земли 6 выполнены из металлического материала.A microstrip printed millimeter-wave antenna with a cruciform recess (Fig. 1) includes an octagonal emitter 1, a cruciform recess 2 in the plane of the emitter 1, formed by the intersection of vertical and horizontal rectangles with sides equal to one eighth and one second of the millimeter wavelength, feeding strip 3 connected to the emitter 1 and connected to the input SMA connector 5, located on the base 4 made of Rogers RO3003 dielectric laminate. On the reverse side of the base 4 is the ground plane 6 (Fig. 2), connected to the input SMA connector 5. The emitter 1, the supply strip 3 and the ground plane 6 are made of metal material.

Излучатель 1 восьмиугольной формы с крестообразной выемкой 2 и питающая полоска 3 нанесены на основание 4. К внутреннему проводнику входного SMA-разъема 5 подсоединена питающая полоска 3, а выводы внешнего проводника входного SMA-разъема 5 присоединены к плоскости земли 6.An octagonal emitter 1 with a cruciform recess 2 and a supply strip 3 are applied to the base 4. Supply strip 3 is connected to the inner conductor of the input SMA connector 5, and the leads of the outer conductor of the input SMA connector 5 are connected to the ground plane 6.

Вся конструкция микрополосковой печатной антенны миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой выполнена по технологии изготовления печатных плат и рассчитана на функционирование в полосе частот 76-80 ГГц. Входной SMA-разъем 5 рассчитан на сопротивление 50 Ом.The entire structure of the microstrip printed millimeter-wave antenna with a cross-shaped notch is made using the technology of manufacturing printed circuit boards and is designed to operate in the 76-80 GHz frequency band. The SMA input connector 5 is rated for 50 ohms.

Микрополосковая печатная антенна миллиметрового диапазона с крестообразной выемкой работает следующим образом: электрический сигнал подается на входной SMA-разъем 5, распространяется по питающей полоске 3 и достигает излучателя 1 восьмиугольной формы, где электрический ток преобразуется в энергию электромагнитного поля, создаваемого между плоскостью земли 6 и излучателем 1 восьмиугольной формы. Основание 4 экранирует излучатель 1 восьмиугольной формы и плоскость земли 6 друг от друга и обеспечивает устойчивость конструкции.The microstrip printed millimeter-wave antenna with a cruciform recess works as follows: an electrical signal is fed to the input SMA connector 5, propagates along the supply strip 3 and reaches the octagonal emitter 1, where the electric current is converted into the energy of the electromagnetic field created between the ground plane 6 and the emitter 1 octagonal. The base 4 shields the octagonal emitter 1 and the ground plane 6 from each other and ensures the stability of the structure.

Поскольку конструкция излучателя 1 рассчитана таким образом, что стороны восьмиугольника равны половине длины волны миллиметрового диапазона, а в центре выполнена крестообразная выемка 2, образованная пересечением вертикального и горизонтального прямоугольников со сторонами, равными одной восьмой и одной второй длины волны миллиметрового диапазона, а также длина и ширина питающей полоски 3 рассчитаны для обеспечения согласования с входным сопротивлением 50 Ом, то в совокупности указанная конструкция обеспечивает излучение и прием радиосигналов в диапазоне миллиметровых волн 76-80 ГГц (фиг. 3), обеспечивая достаточное усиление 6,25 дБ при малых размерах микрополосковой печатной антенны 5,14 мм × 2,50 мм.Since the design of the emitter 1 is calculated in such a way that the sides of the octagon are equal to half the wavelength of the millimeter range, and a cruciform recess 2 is made in the center, formed by the intersection of the vertical and horizontal rectangles with sides equal to one eighth and one second of the wavelength of the millimeter range, as well as the length and the width of the supply strip 3 is calculated to ensure matching with an input impedance of 50 Ohm, then in aggregate this design provides the emission and reception of radio signals in the millimeter wave range of 76-80 GHz (Fig. 3), providing sufficient gain of 6.25 dB for small size microstrip printed antennas 5.14mm × 2.50mm.

Итак, заявляемая полезная модель позволяет формировать и принимать радиосигналы в диапазоне миллиметровых волн (76-80 ГГц) и обеспечивает электромагнитную совместимость с существующими устройствами беспроводной связи.So, the claimed utility model allows you to generate and receive radio signals in the millimeter wave range (76-80 GHz) and provides electromagnetic compatibility with existing wireless communication devices.

Claims

Microstrip printed antenna, consisting of a base, a radiator, a feed strip and a ground plane, characterized in that the radiator is octagonal with a cruciform recess in the center, and the sides of the vertical and horizontal rectangles that form the recesses at the intersection of the cross are equal to one eighth and one second wavelength millimeter wave.