RU2359377C1 - Antenna of triple polarisation with dipoles of cloverleaf type - Google Patents
Antenna of triple polarisation with dipoles of cloverleaf type Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359377C1 RU2359377C1 RU2007144193/09A RU2007144193A RU2359377C1 RU 2359377 C1 RU2359377 C1 RU 2359377C1 RU 2007144193/09 A RU2007144193/09 A RU 2007144193/09A RU 2007144193 A RU2007144193 A RU 2007144193A RU 2359377 C1 RU2359377 C1 RU 2359377C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- dipole
- antenna device
- dipoles
- approximation
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Настоящее изобретение относится к антенному устройству, содержащему средство для обеспечения аппроксимации электрического контура постоянного тока, причем указанная аппроксимация электрического контура постоянного тока предназначена для обеспечения первой по существу тороидальной диаграммы направленности, причем антенное устройство также содержит первый и второй электрические диполи, которые размещены по существу ортогонально друг другу и предназначены для обеспечения второй и третьей по существу тороидальных диаграмм направленности, каждая из которых по существу ортогональна к другой и к первой по существу тороидальной диаграмме направленности.The present invention relates to an antenna device comprising means for providing an approximation of a direct current electric circuit, said approximation of a direct current electric circuit being designed to provide a first substantially toroidal radiation pattern, the antenna device also comprising first and second electric dipoles, which are arranged substantially orthogonally to each other and are intended to provide the second and third essentially toroidal directional diagrams nnosti, each of which is substantially orthogonal to another and to the first essentially toroidal directivity pattern.
Уровень техникиState of the art
Потребность в системах беспроводной связи неуклонно возрастала и продолжает расти и в процессе этого роста пройдено несколько этапов технологического совершенствования. Для обеспечения увеличенной пропускной способности беспроводных систем за счет применения некоррелированных трактов распространения системы MIMO (с множеством входов и множеством выходов) рассматриваются в качестве предпочтительной технологии для улучшения пропускной способности. Система MIMO использует несколько раздельных независимых сигнальных трактов, например, посредством нескольких передающих и приемных антенн. Желательный результат состоит в том, чтобы иметь несколько некоррелированных антенных портов для приема, а также и для передачи.The demand for wireless communication systems has steadily increased and continues to grow, and in the process of this growth several stages of technological improvement have been passed. To provide increased throughput of wireless systems through the use of uncorrelated propagation paths, MIMO systems (with multiple inputs and multiple outputs) are considered as the preferred technology for improving throughput. The MIMO system uses several separate independent signal paths, for example, through several transmit and receive antennas. The desired result is to have several uncorrelated antenna ports for reception as well as for transmission.
Для системы MIMO желательно оценивать канал и непрерывно обновлять эту оценку. Это обновление можно выполнять посредством непрерывной передачи так называемых пилот-сигналов заранее известным образом. Оценка канала дает канальную матрицу. Если несколько передающих антенн Тх передают сигналы, составляющие вектор переданного сигнала, к нескольким приемным антеннам Rx, то все сигналы Тх суммируются в каждой из антенн Rx и с помощью линейной комбинации формируется вектор принятого сигнала. Путем перемножения вектора принятого сигнала на инвертированную матрицу канала в канал вводится поправка и получается исходная информация, т.е., если матрица существующего канала известна, возможно получить точный вектор переданного сигнала. Таким образом, канальная матрица действует как взаимосвязь между антенными портами антенн Тх и Rx соответственно. Эти матрицы имеют размер М×N, где М есть число входов (антенных портов) антенны Тх, а N есть число выходов (антенных портов) антенны Rx. Это известно для специалистов в области систем MIMO.For a MIMO system, it is desirable to evaluate the channel and continuously update this estimate. This update can be performed by continuously transmitting the so-called pilot signals in a known manner. Channel estimation gives a channel matrix. If several transmitting antennas Tx transmit the signals making up the vector of the transmitted signal to several receiving antennas Rx, then all signals Tx are summed in each of the antennas Rx and a vector of the received signal is formed using a linear combination. By multiplying the vector of the received signal by the inverted channel matrix, a correction is introduced into the channel and initial information is obtained, i.e., if the matrix of the existing channel is known, it is possible to obtain the exact vector of the transmitted signal. Thus, the channel matrix acts as a relationship between the antenna ports of the antennas Tx and Rx, respectively. These matrices have a size M × N, where M is the number of inputs (antenna ports) of the antenna Tx, and N is the number of outputs (antenna ports) of the antenna Rx. This is known to specialists in the field of MIMO systems.
Для того чтобы система MIMO функционировала эффективно, требуются некоррелированные или, по меньшей мере, практически некоррелированные переданные сигналы. Значение выражения «некоррелированные сигналы» в данном контексте состоит в том, что диаграммы направленности практически ортогональны. Это позволяет иметь одну антенну, если эта антенна предназначена для приема и передачи, по меньшей мере, на двух ортогональных поляризациях. Если для одной антенны надлежит использовать более чем две ортогональные поляризации, необходимо, чтобы она использовалась в так называемой сильно рассеивающей среде, имеющей множество независимых трактов распространения, поскольку в противном случае невозможно иметь выгоду от двух или более ортогональных поляризаций. Считается, что сильно рассеивающая среда имеет место в случае, когда много электромагнитных волн совпадают в одной точке пространства. Поэтому в сильно рассеивающей среде можно использовать более чем две ортогональные поляризации, поскольку множество независимых трактов распространения обеспечивает все степени свободы подлежащей использованию антенны.In order for the MIMO system to function efficiently, uncorrelated or at least substantially uncorrelated transmitted signals are required. The meaning of the expression “uncorrelated signals” in this context is that radiation patterns are almost orthogonal. This allows you to have one antenna, if this antenna is designed to receive and transmit at least two orthogonal polarizations. If more than two orthogonal polarizations are to be used for a single antenna, it must be used in a so-called strongly scattering medium with many independent propagation paths, since otherwise it would be impossible to benefit from two or more orthogonal polarizations. It is believed that a strongly scattering medium occurs when many electromagnetic waves coincide at one point in space. Therefore, in a strongly scattering medium, more than two orthogonal polarizations can be used, since many independent propagation paths provide all degrees of freedom of the antenna to be used.
Антенны для систем MIMO могут использовать пространственное разделение, т.е. физическое разделение, чтобы достичь низкой корреляции между принятыми сигналами на антенных портах. Это, однако, приводит к большим решеткам, которые не пригодны, к примеру, для портативных терминалов. Другой способ реализации некоррелированных сигналов состоит в разделении по поляризации, т.е. вообще в передаче и приеме сигналов с ортогональными поляризациями.Antennas for MIMO systems can use spatial separation, i.e. physical separation in order to achieve a low correlation between received signals at the antenna ports. This, however, leads to large gratings that are not suitable, for example, for portable terminals. Another way to implement uncorrelated signals is to divide by polarization, i.e. generally in the transmission and reception of signals with orthogonal polarizations.
Предлагалось использовать три ортогональных диполя для антенны MIMO с тремя портами, но такая антенна сложна в изготовлении и требует много пространства, когда используется на более высоких частотах, таких как используемые для системы MIMO (около 2 ГГц).It was proposed to use three orthogonal dipoles for a three-port MIMO antenna, but such an antenna is difficult to manufacture and requires a lot of space when used at higher frequencies, such as those used for the MIMO system (about 2 GHz).
В заявке US 2002/0113748 раскрыты два предпочтительно ортогонально расположенных диполя и контурный элемент. Как показано на фиг.5 упомянутой заявки, контурный элемент имеет форму кольца и запитывается в некоторой точке в этом кольце.In the application US 2002/0113748 two preferably orthogonally located dipoles and a contour element are disclosed. As shown in FIG. 5 of the aforementioned application, the contour element has the shape of a ring and is energized at some point in this ring.
Т.к. диаметр петлевого элемента предлагается сделать до одной длины волны на рабочей частоте, тем самым указывается, что петля может быть длиной в несколько длин волн.Because the diameter of the loop element is proposed to be made up to one wavelength at the operating frequency, thereby indicating that the loop can be several wavelengths long.
Однако для получения диаграммы направленности, которая практически ортогональна диаграммам диполей, с помощью антенного устройства по заявке US 2002/0113748 один способ состоит в использовании малой петли. Такая малая петля должна иметь диаметр примерно в десятую долю длины волны на рабочей частоте, что дает аппроксимацию элемента электрической петли постоянного тока. Использование электрической петли постоянного тока или, по меньшей мере, достаточной ее аппроксимации представляет собой преимущественный способ получить диаграмму направленности, которая практически ортогональна диаграммам диполей.However, to obtain a radiation pattern that is substantially orthogonal to the dipole patterns, using the antenna device of US 2002/0113748, one method is to use a small loop. Such a small loop should have a diameter of about a tenth of the wavelength at the operating frequency, which gives an approximation of the element of the electric DC loop. The use of an electric direct current loop or at least sufficient approximation of it is an advantageous way to obtain a radiation pattern that is practically orthogonal to dipole patterns.
Хотя это не предложено явным образом в заявке US 2002/0113748, такая антенна с малой петлей может быть выведена из данных документов. Однако данная антенна с малой петлей является очень узкодиапазонной, а следовательно, трудной для должного согласования, т.к. она имеет высокое реактивное сопротивление и низкое активное сопротивление. Далее, такая антенна с малой петлей значительно меньше, чем соседние дипольные антенны, что приводит к неудобной в использовании конструкции.Although this is not explicitly proposed in US 2002/0113748, such a small loop antenna can be derived from these documents. However, this small-loop antenna is very narrow-band, and therefore difficult for proper matching, because It has a high reactance and low resistance. Further, such an antenna with a small loop is much smaller than adjacent dipole antennas, which leads to an inconvenient to use design.
Таким образом имеется проблема с антенной конструкцией по заявке US 2002/-113748, поскольку петлевой элемент должен быть очень малым, чтобы функционировать как достаточная аппроксимация петлевого элемента постоянного тока.Thus, there is a problem with the antenna design of US 2002 / -113748, since the loop element must be very small in order to function as a sufficient approximation of the DC loop element.
Объективная проблема, которая решается настоящим изобретением, состоит в обеспечении антенного устройства, пригодного для системы MIMO и способного передавать и принимать на трех, по существу, некоррелированных поляризациях, причем это антенное устройство должно содержать два практически ортогональных диполя и аппроксимацию элемента электрического контура постоянного тока. Эта аппроксимация элемента электрического контура постоянного тока должна легко согласовываться и иметь большую полосу пропускания по сравнению с тем, что можно вывести из существующих решений.The objective problem that is solved by the present invention is to provide an antenna device suitable for a MIMO system and capable of transmitting and receiving on three essentially uncorrelated polarizations, moreover, this antenna device should contain two practically orthogonal dipoles and an approximation of an element of a direct current circuit. This approximation of an element of the DC electric circuit should be easy to match and have a larger bandwidth compared to what can be derived from existing solutions.
Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION
Данная объективная проблема решается посредством антенного устройства вышеописанного типа, отличающегося тем, что средство для аппроксимации электрического контура постоянного тока содержит, по меньшей мере, две части токового тракта, где ток может быть приложен к каждой из упомянутых частей, так что ток в каждой из упомянутых частей будет в фазе друг с другом.This objective problem is solved by means of an antenna device of the type described above, characterized in that the means for approximating the direct current circuit contains at least two parts of the current path, where current can be applied to each of these parts, so that the current in each of the aforementioned parts will be in phase with each other.
Предпочтительные варианты осуществления раскрыты в зависимых пунктах формулы изобретения.Preferred embodiments are disclosed in the dependent claims.
Посредством настоящего изобретения достигается несколько преимуществ, например:By means of the present invention, several advantages are achieved, for example:
- Получается недорогое антенное устройство тройной поляризации.- It turns out an inexpensive antenna device of triple polarization.
- Антенна тройной поляризации, сделанная в планарной технологии, позволяет избежать занимающих большое пространство антенных устройств.- The antenna of triple polarization made in planar technology allows avoiding antenna devices occupying a large space.
- Получается антенна тройной поляризации, которую легко изготавливать.- It turns out a triple polarization antenna, which is easy to manufacture.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
Настоящее изобретение описано ниже более подробно со ссылкой на приложенные чертежи, где:The present invention is described below in more detail with reference to the attached drawings, where:
Фиг.1 показывает четырехлистную антенну типа клеверного листа;Figure 1 shows a four leaf clover type antenna;
Фиг.2 показывает идеальную диаграмму направленности для электрического контура постоянного тока;Figure 2 shows an ideal radiation pattern for a direct current circuit;
Фиг.3 показывает две ортогональные дипольные антенны;Figure 3 shows two orthogonal dipole antennas;
Фиг.4 показывает четырехлистную антенну типа клеверного листа с двумя ортогональными дипольными антеннами;Figure 4 shows a four leaf clover type antenna with two orthogonal dipole antennas;
Фиг.5 показывает идеальную диаграмму направленности для дипольной антенны;5 shows an ideal radiation pattern for a dipole antenna;
Фиг.6 показывает три ортогональные диаграммы направленности;6 shows three orthogonal radiation patterns;
Фиг.7 показывает вид сбоку антенного устройства согласно изобретению, реализованному планарными методами;7 shows a side view of an antenna device according to the invention, implemented by planar methods;
Фиг.8а показывает четырехлистную антенну типа клеверного листа, реализованную планарными методами;Fig. 8a shows a four-leaf clover-type antenna implemented in planar methods;
Фиг.8b показывает две ортогональные дипольные антенны, реализованные планарными методами;Fig. 8b shows two orthogonal dipole antennas implemented by planar methods;
Фиг.9а показывает, как три плеча вибратора используются для моделирования первого электрического диполя;Fig. 9a shows how the three arms of a vibrator are used to model the first electric dipole;
Фиг.9b показывает, как три плеча вибратора используются для моделирования второго электрического диполя;Fig. 9b shows how the three arms of a vibrator are used to model a second electric dipole;
Фиг.10а показывает дипольное устройство согласно первому случаю первого множества;Fig. 10a shows a dipole device according to the first case of the first set;
Фиг.10b показывает дипольное устройство согласно второму случаю первого множества;Fig. 10b shows a dipole device according to the second case of the first set;
Фиг.11а показывает дипольное устройство согласно первому случаю второго множества; и11 a shows a dipole device according to a first case of a second set; and
Фиг.11b показывает дипольное устройство согласно второму случаю второго множества.11b shows a dipole device according to the second case of the second set.
Предпочтительные варианты осуществленияPreferred Embodiments
Согласно настоящему изобретению предлагается так называемое трехрежимное антенное устройство. Это трехрежимное антенное устройство сконструировано для передачи трех практически ортогональных диаграмм направленности.The present invention provides a so-called tri-mode antenna device. This three-mode antenna device is designed to transmit three practically orthogonal radiation patterns.
Так называемая четырехлистная антенна 1 типа клеверного листа, которая уже известна, используется в настоящем изобретении и показана на фиг.1. Четырехлистная антенна 1 типа клеверного листа содержит первую 2, вторую 3, третью 4 и четвертую 5 петли из проводящего материала, например изогнутого медного провода, где петли 2, 3, 4, 5 все по большей части лежат в одной и той же плоскости, антенной плоскости Р в плоскости чертежа на фиг.1. Каждая петля 2, 3, 4, 5 проходит от питающего проводника 6, имеющего питающий порт 7, к заземляющему проводнику 8, ведущему к заземлению 9; предпочтительно, они соединяются с одним и тем же питающим проводником 6. Петли 2, 3, 4, 5 имеют предпочтительно практически одну и ту же длину и расположены рядом друг с другом в виде симметричной четырехлистной фигуры, как показано на фиг.1.The so-called four-leaf
Если обходить первую петлю 2, то она начинается в первой точке 10 соединения с питанием, где она контактирует с питающим проводником 6, проходит по часовой стрелке и завершается в первой точке 11 соединения с заземлением, где она контактирует с заземляющим проводником 8. Вторая петля 3, расположенная по часовой стрелке относительно первой петли 2, также начинается в первой точке 10 соединения с питанием, где она соприкасается с питающим проводником 6, проходит по часовой стрелке и завершается во второй точке 12 соединения с заземлением, где она контактирует с заземляющим проводником 8.If you bypass the
Третья петля 4, расположенная по часовой стрелке относительно второй петли 3, начинается во второй точке 13 соединения с питанием, где она соприкасается с питающим проводником 6, проходит по часовой стрелке и завершается во второй точке 12 соединения с заземлением, где она контактирует с заземляющим проводником 8. Четвертая петля 5, расположенная по часовой стрелке относительно третьей петли 4, начинается во второй точке 13 соединения с питанием, где она соприкасается с питающим проводником 6, проходит по часовой стрелке и завершается в первой точке 11 соединения с заземлением, где она контактирует с заземляющим проводником 8.The third loop 4, located clockwise relative to the
Каждая петля 2, 3, 4, 5 содержит дуговую часть 2а, 3а, 4а, 5а проводника и первую 2b, 3b, 4b, 5b и вторую 2с, 3с, 4с, 5с прямую проводящую часть. Прямые проводящие части 2b, 2с первой петли 2 будут формировать первую 14 и вторую 15 параллельную парную проводящую часть вместе с прилегающими прямыми проводящими частями 5с, 3b смежных четвертой 5 и второй 3 петель. Аналогичным образом формируются третья 16 и четвертая 17 параллельные парные проводящие части. Дуговые проводящие части 2а, 3а, 4а, 5а проходят таким образом, что они вместе формируют неполную по существу кольцевую проводящую часть. Термин «неполная» обозначает, что кольцевая проводящая часть по существу разорвана между каждой дуговой проводящей частью 2а, 3а, 4а, 5а.Each
Когда все петли 2, 3, 4, 5 запитываются от одного и того же питающего проводника 6, токи I1, I2, I3, I4 в каждой петле будут все практически синфазны друг другу. В частности, в каждой дуговой проводящей части 2а, 3а, 4а, 5а токи I1, I2, I3, I4 будут синфазны с токами I1, I2, I3, I4 во всех других дуговых проводящих частях 2а, 3а, 4а, 5а. Далее, когда рассматривается первая параллельная парная проводящая часть 14, токи I1, I4 во включенных в нее прямых проводящих частях 2b, 5с текут в противоположных направлениях, погашая друг друга. Соответствующее условие применимо ко второй 15, третьей 16 и четвертой 17 параллельным парным проводящим частям.When all
Это означает, что четырехлистная антенна 1 типа клеверного листа за счет наложения петель 2, 3, 4, 5 фактически представляет собой аппроксимацию проводящего кольца, где ток имеет одну и ту же фазу по всему кольцу. Это означает, что получается аппроксимация идеального так называемого электрического контура постоянного тока. Отличия этой аппроксимации главным образом возникают из того факта, что дуговые проводящие части 2а, 3а, 4а, 5а не образуют полного и точного круга и что ток I1, I2, I3, I4 в каждой дуговой проводящей части 2а, 3а, 4а, 5а не имеет той же самой фазы вдоль рассматриваемой дуговой проводящей части 2а, 3а, 4а, 5а.This means that a four-leaf
Можно использовать больше или меньше петель, причем чем больше используемых петель, тем более дуговой становится аппроксимация идеального проводящего кольца. С другой стороны, чем больше петель используется, тем более усложненной становится антенная структура. В показанных примерах варианта осуществления используется четырехлистная антенна 1 типа клеверного листа. Далее, чем меньше используемая антенна типа клеверного листа, измеренная в длинах волн, тем лучше становится аппроксимация, поскольку тогда ток изменяется в меньшей степени вдоль рассматриваемой дуговой проводящей части 2а, 3а, 4а, 5а. Длиной волны здесь предпочтительно называется центральная длина волны рабочей полосы частот антенного устройства по изобретению.You can use more or less loops, and the more loops used, the more arc becomes the approximation of an ideal conducting ring. On the other hand, the more loops used, the more complicated the antenna structure becomes. In the examples of the embodiment shown, a four
Идеальная диаграмма 18 направленности постоянной токовой электрической петли, которая аппроксимируется четырехлистной антенной типа клеверного листа, показана на фиг.2 и имеет форму тороидального кольца, где дуга тороидального кольца по существу следует за дуговыми проводящими частями 2а, 3а, 4а, 5а четырехлистной антенны 1 типа клеверного листа. Идеальная диаграмма 18 направленности электрического контура постоянного тока имеет продольную плоскость Р' симметрии, которая делит тороидальное кольцо на две равные круговые половины, так что эта продольная плоскость Р' симметрии тороидального кольца совпадает с плоскостью Р четырехлистной антенны типа клеверного листа.An
Согласно настоящему изобретению четырехлистная антенна типа клеверного листа образуется первым 19 и вторым 20 диполем, размещенными ортогонально, как показано на фиг.3, причем первый 19 и второй 20 диполи выполнены из проводящего материала, например из изогнутого медного провода. Первый диполь 19 содержит первую питающую часть 21 с двумя параллельными проводниками 21а, 21b и первую вибраторную часть 22, содержащую два дипольных вибратора 22а, 22b, где два питающих проводника 21а, 21b изогнуты под углом 90° так, что проводники или дипольные вибраторы 22а, 22b выступают теперь в противоположных направлениях, пока не достигнут своих концов. Второй диполь 20 содержит соответствующую вторую питающую часть 23 и вторую вибраторную часть 24 с соответствующими питающими проводниками 23а, 23b и дипольными вибраторами 24а, 24b. Проводящие части 21, 22, 23, 24 предпочтительно имеют практически одинаковую длину.According to the present invention, a four-leaf clover-type antenna is formed by the first 19 and second 20 dipoles arranged orthogonally, as shown in FIG. 3, the first 19 and second 20 dipoles being made of conductive material, for example, curved copper wire. The
На фиг.4 диполи 19, 20 размещаются в центре четырехлистной антенны типа клеверного листа, показанной условно только с дуговыми проводящими частями 2а, 3а, 4а, 5а. Диполи 19, 20 имеют свои соответствующие питающие части 21, 23, поднятые перпендикулярно к плоскости Р четырехлистной антенны типа клеверного листа (не показана на фиг.4), а соответствующие вибраторные части 22, 24 проходят практически параллельно плоскости четырехлистной антенны типа клеверного листа. Протяжение первой вибраторной части 22 практически ортогонально протяжению второй вибраторной части 24.In Fig. 4,
Идеальная диаграмма 25 направленности дипольной антенны 26, имеющей питающую часть 27 и вибраторную часть 28, показана на фиг.5 и имеет форму тороидального кольца. Вибраторная часть 28 дипольной антенны 26 составляет центральную ось, вокруг которой формируется тороидальное кольцо диаграммы 25 направленности. Иными словами, дугообразная форма диаграммы 25 направленности окружает вибраторную часть 28 таким образом, что протяжение вибраторной части 28 образует линию центральной симметрии для тороидального кольца.An
Что касается антенны согласно настоящему изобретению со ссылкой на фиг.6, полученные диаграммы антенны показаны на виде сбоку, где плоскость Р четырехлистной антенны типа клеверного листа проходит перпендикулярно к плоскости листа.As for the antenna according to the present invention with reference to Fig.6, the obtained antenna diagrams are shown in side view, where the plane P of a four-leaf clover-shaped antenna extends perpendicular to the plane of the sheet.
Четырехлистная антенна 1 типа клеверного листа создает первую тороидальную диаграмму 29 направленности, имеющую первую продольную плоскость Р' симметрии тороидального кольца. Первая диаграмма 29 направленности помечена наклонными линиями, которые поднимаются слева направо.A four-leaf
Первая дипольная антенна 19 создает вторую тороидальную диаграмму 30 направленности, имеющую вторую продольную плоскость Р'' симметрии тороидального кольца, которая совпадает с плоскостью листа или параллельна ей и ортогональна первой продольной плоскости Р' симметрии тороидального кольца. Вторая диаграмма 30 направленности заштрихована наклонными линиями, проходящими слева направо.The
Вторая дипольная антенна 20 создает третью тороидальную диаграмму 31 направленности, имеющую третью продольную плоскость Р''' симметрии тороидального кольца, которая ортогональна как первой продольной плоскости Р' симметрии тороидального кольца, так и второй продольной плоскости Р'' симметрии тороидального кольца. Таким образом, мы имеем первую Р', вторую Р'' и третью Р''' плоскости. Третья диаграмма 31 направленности заштрихована горизонтальными линиями.The
В идеале, как показано на фиг.6, эти диаграммы 29, 30, 31 имеют один и тот же фазовый центр, но практически вторая 30 и третья 31 диаграммы направленности могут быть подняты или опущены относительно первой диаграммы 29 направленности. Такое отклонение должно предпочтительно быть малым при измерении в длинах волн, например, около λ/10, где λ есть центральная длина волны рабочей полосы частот антенного устройства.Ideally, as shown in FIG. 6, these
Т.к. продольные плоскости Р', Р'', Р''' симметрии тороидального кольца ортогональны друг другу, диаграммы направленности ортогональны друг другу согласно приведенному ниже определению.Because the longitudinal planes P ', P' ', P' '' of the symmetry of the toroidal ring are orthogonal to each other, radiation patterns are orthogonal to each other according to the definition below.
В результате посредством настоящего изобретения получены три различные тороидальные диаграммы 29, 30, 31 направленности, где каждая диаграмма направленности ортогональна другой.As a result, three different
Поскольку диаграммы направленности ортогональны, корреляция равна нулю, где корреляция ρ может быть записана как:Since the radiation patterns are orthogonal, the correlation is zero, where the correlation ρ can be written as:
В приведенном выше уравнении Ω представляет поверхность, а символ * означает комплексное сопряжение. Для интегрирования диаграммы направленности Ω представляет замкнутую поверхность, содержащую все пространственные углы, и когда это интегрирование равно нулю, между диаграммами направленности нет корреляции, т.е. диаграммы направленности ортогональны друг другу. Знаменатель представляет собой нормирующее выражение.In the above equation, Ω represents a surface, and the symbol * means complex conjugation. To integrate the radiation pattern, Ω represents a closed surface containing all spatial angles, and when this integration is zero, there is no correlation between the radiation patterns, i.e. radiation patterns are orthogonal to each other. The denominator is a normalizing expression.
Наличие трех, по меньшей мере, по существу ортогональных диаграмм направленности весьма желательно, поскольку это обеспечивает некоррелированные параллельные каналы в сильно рассеивающей среде, т.е. строки в канальной матрице могут быть независимыми. Это в свою очередь означает, что настоящее изобретение применимо к системам MIMO.The presence of three at least substantially orthogonal radiation patterns is highly desirable since this provides uncorrelated parallel channels in a highly scattering medium, i.e. rows in the channel matrix can be independent. This in turn means that the present invention is applicable to MIMO systems.
В описанном выше первом варианте осуществления четырехлистная антенна типа клеверного листа и первый и второй диполи выполнены из изогнутого провода, например из медного провода. Любой иной проводящий материал может выполнять эту функцию по настоящему изобретению.In the first embodiment described above, the four-leaf clover-type antenna and the first and second dipoles are made of curved wire, for example, copper wire. Any other conductive material may fulfill this function of the present invention.
Во втором варианте осуществления четырехлистная антенна типа клеверного листа и первый и второй диполи выполнены планарным методом, составляя микрополосковую антенну. Как условно показано на фиг.7, трехрежимная антенна согласно настоящему изобретению содержит первый 32, второй 33, третий 34 и четвертый 35 омедненные диэлектрические тонкие слои (ламинаты), например слои на основе тефлона, помещенные поверх друг друга. За счет удаления меди на слоях 32, 33, 34, 35 можно формировать различные проводящие структуры. Удаление меди можно осуществлять путем травления или, альтернативно, фрезеровки.In the second embodiment, the four-leaf clover-type antenna and the first and second dipoles are made by the planar method, making up the microstrip antenna. As conventionally shown in Fig. 7, the tri-mode antenna according to the present invention comprises first 32, second 33, third 34 and fourth 35 copper-plated dielectric thin layers (laminates), for example, Teflon-based layers placed on top of each other. By removing copper on the
На фиг.7 первый 32, второй 33, третий 34 и четвертый 35 слои, имеющие каждый первую 36, 37, 38, 39 и вторую 40, 41, 42, 43 стороны, показаны сбоку, образуя многослойную структуру. Многослойная структура имеет верх 44, низ 45 и первую 46, вторую 47 и третью 48 промежуточные секции, где каждая промежуточная секция 46, 47, 48 образована между двумя смежными слоями.In Fig. 7, the first 32, second 33, third 34 and fourth 35 layers, each having first first 36, 37, 38, 39 and
На верху 40, на первой стороне 36 первого слоя 32, сформированы дипольные вибраторные части. Ниже, в первой промежуточной секции 46 между первым 32 и вторым 33 слоем, сформированы части четырехлистной антенны типа клеверного листа, либо на второй стороне 40 первого слоя 32, либо на первой стороне 37 второго слоя 33. На неиспользуемой стороне вся медь удаляется.At the top 40, on the
Далее вниз, во второй промежуточной секции 47 между вторым 33 и третьим 34 слоями, петли четырехлистника объединяются таким образом, что каждая петля соединяется с общей питающей линией и общим заземлением посредством сквозных отверстий (не показаны), соединяющих первую 46 и вторую 47 промежуточные секции. Далее формируется объединенная цепь либо на второй стороне 41 второго слоя 33, либо на первой стороне 38 третьего слоя 34. На неиспользуемой стороне вся медь удаляется.Further down, in the second
Далее вниз, в третьей промежуточной секции 48 между третьим 34 и четвертым 35 слоями, дипольные вибраторные части объединяются таким образом, что они соединяются с соответствующими питающими линиями и общим заземлением посредством сквозных отверстий (не показаны), соединяющих верх 44 и третью промежуточную секцию 42. Далее, в третьей промежуточной секции 48 формируется питающая линия четырехлистника посредством сквозных отверстий (не показаны), соединяющих вторую 47 и третью 48 промежуточные секции. Питающая линия четырехлистника соединяется с соединителем 49 антенны типа клеверного листа на краю многослойной структуры. Тем самым формируется объединенная цепь либо на второй стороне 42 третьего слоя 34, либо на первой стороне 39 четвертого слоя 35. На неиспользуемой стороне вся медь удаляется.Further down, in the third
В низу 45, на второй стороне 43 четвертого слоя 35, формируется дипольная питающая линия для каждого диполя посредством сквозных отверстий (не показаны), соединяющих вторую промежуточную секцию 47 и низ 45. Каждая дипольная питающая линия соединяется с соединителем 50 дипольной антенны (показан только один) на краю многослойной структуры.At the bottom 45, on the
Пример того, как могут выглядеть вытравленные вибраторы типа клеверного листа и их питающие сквозные отверстия, показан на фиг.8а. Здесь показана вытравленная четырехлистная антенна 1 типа клеверного листа, содержащая первую 2, вторую 3, третью 4 и четвертую 5 петли. Каждая петля соединена с соответствующим первым 51, вторым 52, третьим 53 и четвертым 54 сквозным отверстием. Эти сквозные отверстия 51, 52, 53, 54 присоединены к одной точке в другой точке, в примере на фиг.7 в другом слое. Предусмотрено также пятое общее центральное сквозное отверстие 55, что в итоге приводит в двум выводам для питания четырехлистной антенны 1 типа клеверного листа, причем в примере на фиг.7 эти выводы доступны через соединитель 49 антенны типа клеверного листа.An example of how etched clover leaf vibrators and their feed through holes may look like is shown in Fig. 8a. Shown here is an etched four-leaf
Далее на фиг.8b показан пример того, как могут выглядеть вытравленные дипольные вибраторы и их питающие сквозные отверстия. У первого диполя 19 его дипольные вибраторы 22а, 22b соединены с соответствующими первым 56 и вторым 57 дипольными сквозными отверстиями. У второго диполя 20 его дипольные вибраторы 24а, 24b соединены с соответствующими первым 58 и вторым 59 дипольными сквозными отверстиями. Эти сквозные отверстия 51, 52, 53, 54 предпочтительно ведут на другой уровень, как описано в примере по фиг.7, где каждый диполь доступен через соединитель 50, соответствующий сквозным отверстиям 56, 57, 58, 59 каждого диполя.Next, FIG. 8b shows an example of what etched dipole vibrators and their feed through holes might look like. At the
Вследствие обратимости для описанных свойств передачи всех трехрежимных антенных устройств имеются соответствующие одинаковые свойства приема, как известно специалистам, позволяя трехрежимному антенному устройству как передавать, так и принимать в трех практически некоррелированных режимах работы.Due to reversibility, for the described transmission properties of all three-mode antenna devices, there are corresponding identical reception properties, as is known to specialists, allowing a three-mode antenna device to both transmit and receive in three practically uncorrelated operating modes.
Изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления, которые должны рассматриваться только как примеры настоящего изобретения, но могут свободно изменяться в объеме приложенной формулы изобретения.The invention is not limited to the embodiments described above, which should be considered only as examples of the present invention, but may be freely varied within the scope of the attached claims.
Например, не обязательно иметь две дискретные дипольные антенны. Для достижения описанных дипольных диаграмм направленности нужно осуществить два электрических диполя, что не означает с необходимостью, что требуются две дискретные дипольные антенны. Два электрических диполя могут быть получены за счет использования только трех дипольных вибраторов - первого 60, второго 61 и третьего 62 дипольного вибратора, каждый из которых проходит наружу от центральной точки, как показано на фиг.9а и 9b. Центральные концы дипольных вибраторов соединены с питающим устройством 63 посредством подходящих питающих проводов 64, 65, 66. Эти три дипольных вибратора 60, 61, 62 проходят таким образом, что между ними образуется угол, по существу равный 60°, т.е. они могут проходить симметрично. В дальнейшем, за положительное направление тока принято направление от центра наружу.For example, it is not necessary to have two discrete dipole antennas. To achieve the described dipole radiation patterns, two electric dipoles must be implemented, which does not necessarily mean that two discrete dipole antennas are required. Two electric dipoles can be obtained by using only three dipole vibrators — the first 60, the second 61 and the third 62 dipole vibrators, each of which extends outward from the center point, as shown in FIGS. 9a and 9b. The central ends of the dipole vibrators are connected to the
В первом режиме работы, как показано на фиг.9а, первый дипольный вибратор 60 запитывается током, имеющим относительную амплитуду -√2, второй дипольный вибратор 61 запитывается током, имеющим относительную амплитуду √2, а третий дипольный вибратор 62 запитывается током, имеющим относительную амплитуду 0. Получающийся первый электрический диполь 67 (помеченный пунктирными линиями) направлен по существу перпендикулярно к третьему дипольному вибратору 62.In the first mode of operation, as shown in FIG. 9a, the
Во втором режиме работы, как показано на фиг.9b, первый дипольный вибратор 60 запитывается током, имеющим относительную амплитуду -1/√2, второй дипольный вибратор 61 запитывается током, имеющим относительную амплитуду -1/√2, а третий дипольный вибратор 62 запитывается током, имеющим относительную амплитуду 1. Получающийся второй электрический диполь 68 (помеченный пунктирными линиями) направлен по существу параллельно к третьему дипольному вибратору 62.In the second mode of operation, as shown in FIG. 9b, the
Таким образом получаются два ортогональных электрических диполя 67, 68 с помощью только трех дипольных вибраторов 60, 61, 62.Thus, two orthogonal
Возможно также использовать электрические диполи, размещенные по кругу вместо описанной выше антенной конфигурации типа клеверного листа, чтобы реализовать аппроксимацию электрического контура постоянного тока.It is also possible to use electric dipoles arranged in a circle instead of the clover leaf type antenna configuration described above to realize an approximation of the direct current circuit.
В первом варианте по фиг.10а и 10b первый 69, 69', второй 70, 70' и третий 71, 71' электрические диполи, каждый предпочтительно в виде дипольной антенны, размещены в форме равностороннего треугольника 72, 72'. Внутри этого треугольника 72, 72' размещены два более ортогональных электрических диполя (не показаны) любым из ранее описанных способов.In the first embodiment of FIGS. 10a and 10b, the first 69, 69 ', the second 70, 70' and the third 71, 71 'electric dipoles, each preferably in the form of a dipole antenna, are placed in the shape of an
Во втором варианте по фиг.11а и 11b первый, 73, 73', второй 74, 74', третий 75, 75' и четвертый 76, 76' электрические диполи, каждый предпочтительно в виде дипольной антенны, размещены в форме квадрата 77, 77'. Внутри этого квадрата 77, 77' размещены два более ортогональных электрических диполя (не показаны) любым из ранее описанных способов.In the second embodiment of FIGS. 11a and 11b, the first, 73, 73 ′, second 74, 74 ′, third 75, 75 ′ and fourth 76, 76 ′ electric dipoles, each preferably in the form of a dipole antenna, are placed in the shape of a square 77, 77 '. Inside this square 77, 77 'are two more orthogonal electric dipoles (not shown) by any of the previously described methods.
В первом случае по фиг.10а и 11а соответствующие дипольные питающие проводящие части 78, 79, 80; 81, 82, 83, 84 размещены в середине каждой стороны треугольника 72 или квадрата 77 соответственно. Это приводит к тому, что каждый отдельный электрический диполь 69, 70, 71; 73, 74, 75, 76 является практически прямым.In the first case of FIGS. 10a and 11a, the corresponding dipole supply
Во втором случае по фиг.10b и 11b соответствующие дипольные питающие проводящие части 78', 79', 80'; 81', 82', 83', 84' размещены в каждом углу треугольника 72' или квадрата 77' соответственно. Это приводит к тому, что каждый отдельный электрический диполь 69', 70', 71'; 73', 74', 75', 76' расположен под углом 60° для треугольника и 90° для квадрата.In the second case of FIGS. 10b and 11b, the corresponding dipole supply conductive parts 78 ', 79', 80 '; 81 ', 82', 83 ', 84' are placed in each corner of the triangle 72 'or square 77', respectively. This leads to the fact that each individual electric dipole 69 ', 70', 71 '; 73 ', 74', 75 ', 76' is located at an angle of 60 ° for a triangle and 90 ° for a square.
Соответствующие вышеописанному диполи должны запитываться таким образом, чтобы токи (не показанные на этих чертежах) в диполях были по существу в фазе друг с другом, обеспечивая аппроксимацию электрического контура постоянного тока.The dipoles corresponding to the above should be fed in such a way that the currents (not shown in these figures) in the dipoles are substantially in phase with each other, providing an approximation of the direct current circuit.
Для примеров по фиг.10а, 10b, 11а и 11b возможны, разумеется, и иные геометрические формы. Что касается описанной выше антенны типа клеверного листа, можно использовать различное число размещенных по кругу электрических диполей. Чем больше используемых электрических диполей, тем более точной становится аппроксимация идеального проводящего кольца. С другой стороны, чем больше используемых электрических диполей, тем более сложной становится антенная структура.For the examples of FIGS. 10a, 10b, 11a and 11b, of course, other geometric shapes are possible. As for the clover leaf type antenna described above, a different number of electric dipoles arranged in a circle can be used. The more electrical dipoles used, the more accurate the approximation of an ideal conducting ring becomes. On the other hand, the more electrical dipoles are used, the more complex the antenna structure becomes.
Все описанные плоскости Р, Р', P'', P''' являются воображаемыми и добавлены только для пояснения.All the described planes P, P ', P' ', P' '' are imaginary and are added for illustration only.
Многослойная конфигурация, описанная со ссылкой на фиг.7, является только примером того, как такое размещение может быть реализовано. Много иных таких конфигураций возможно в объеме изобретения.The multi-layer configuration described with reference to FIG. 7 is only an example of how such placement can be implemented. Many other such configurations are possible within the scope of the invention.
Возможно также и много иных конфигураций, которые выполнены планарным методом. Как упомянуто ранее, могут, например, использоваться изогнутые провода.Many other configurations that are made by the planar method are also possible. As mentioned previously, for example, curved wires can be used.
Все питающие линии, объединяющая цепь и соединители, которые не раскрыты более подробно в описании, относятся к общеизвестному типу, легко проектируются и (или) получаются специалистами.All supply lines connecting the circuit and connectors, which are not disclosed in more detail in the description, are of the well-known type, are easily designed and (or) obtained by specialists.
Антенна типа клеверного листа не является необходимой для осуществления изобретения, сущность этой части антенного устройства согласно настоящему изобретению состоит в обеспечении, по меньшей мере, аппроксимации электрического контура постоянного тока, лежащего в ранее упомянутой плоскости Р четырехлистной антенны типа клеверного листа, которая в более общем виде составляет антенную плоскость Р, в которой лежит результирующий аппроксимированный электрический контур постоянного тока.A clover leaf antenna is not necessary for carrying out the invention; the essence of this part of the antenna device according to the present invention is to provide at least an approximation of the direct current circuit lying in the previously mentioned plane P of a four-leaf clover leaf antenna, which in a more general form constitutes the antenna plane P, in which lies the resulting approximated direct current electric circuit.
Антенна типа клеверного листа согласно приведенным выше вариантам осуществления является предпочтительным путем для обеспечения такой аппроксимации. Число петель клеверного листа может меняться, как упомянуто выше, но не должно быть меньше двух, чтобы обеспечить какой-либо положительный эффект. Петли не должны лежать точно в одной и той же плоскости, но могут слегка отклоняться при сохранении принципа работы. Направление электрического тока может отклоняться от раскрытых.A clover leaf type antenna according to the above embodiments is the preferred way to provide such an approximation. The number of clover leaf loops can vary, as mentioned above, but must not be less than two in order to provide any positive effect. The hinges should not lie exactly in the same plane, but may deviate slightly while maintaining the principle of operation. The direction of the electric current may deviate from the open.
Claims (7)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144193/09A RU2359377C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Antenna of triple polarisation with dipoles of cloverleaf type |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007144193/09A RU2359377C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Antenna of triple polarisation with dipoles of cloverleaf type |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2359377C1 true RU2359377C1 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=41026062
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007144193/09A RU2359377C1 (en) | 2005-04-29 | 2005-04-29 | Antenna of triple polarisation with dipoles of cloverleaf type |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2359377C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459326C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Dipole antenna |
RU2640095C2 (en) * | 2016-06-09 | 2017-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Milkin-kalitenkov triangle-arc circular polarization antenna |
RU187840U1 (en) * | 2018-11-28 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Antenna of circular polarization coaxial "clover" |
RU188892U1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Circular polarized “clover” antenna with capacitive quasi shunts |
RU191049U1 (en) * | 2019-04-29 | 2019-07-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Triangular arc antenna with ring active director |
US10389015B1 (en) * | 2016-07-14 | 2019-08-20 | Mano D. Judd | Dual polarization antenna |
-
2005
- 2005-04-29 RU RU2007144193/09A patent/RU2359377C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2459326C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-08-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Dipole antenna |
RU2640095C2 (en) * | 2016-06-09 | 2017-12-26 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "МГТУ") | Milkin-kalitenkov triangle-arc circular polarization antenna |
US10389015B1 (en) * | 2016-07-14 | 2019-08-20 | Mano D. Judd | Dual polarization antenna |
RU187840U1 (en) * | 2018-11-28 | 2019-03-19 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Antenna of circular polarization coaxial "clover" |
RU188892U1 (en) * | 2018-12-26 | 2019-04-29 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Circular polarized “clover” antenna with capacitive quasi shunts |
RU191049U1 (en) * | 2019-04-29 | 2019-07-22 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Мурманский государственный технический университет" (ФГБОУ ВО "МГТУ") | Triangular arc antenna with ring active director |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7551144B2 (en) | Triple polarized clover antenna with dipoles | |
US9401547B2 (en) | Multimode antenna structure | |
TWI483458B (en) | High isolation multiple port antenna array handheld mobile communication devices | |
EP2230717B1 (en) | Wideband, high isolation two port antenna array for multiple input, multiple output handheld devices | |
Mak et al. | Isolation enhancement between two closely packed antennas | |
ES2941987T3 (en) | Single and Dual Biased Dually Resonant Cavity Backed Slot Antenna Elements (DCBSA) | |
US6366258B2 (en) | Low profile high polarization purity dual-polarized antennas | |
Zhang et al. | Realization of dual-band pattern diversity with a CRLH-TL-inspired reconfigurable metamaterial | |
KR100623079B1 (en) | A Multi-Band Antenna with Multiple Layers | |
JP2004328717A (en) | Diversity antenna device | |
RU2359377C1 (en) | Antenna of triple polarisation with dipoles of cloverleaf type | |
TWM434316U (en) | Antennas and systems based on composite left and right handed method | |
US9972886B2 (en) | Antenna assemblies | |
KR101843602B1 (en) | Lte antenna pair for mimo/diversity operation in the lte/gsm bands | |
US20100214182A1 (en) | Antenna system | |
KR101003014B1 (en) | Pcb layout structure for chip antenna and antenna device including that | |
US20080074337A1 (en) | Triple Polarized Slot Antenna | |
Wu et al. | Broadside radiating, low-profile, electrically small, Huygens dipole filtenna | |
EP3084880B1 (en) | Balun | |
EP3807954B1 (en) | Antenna with multiple propagation modes | |
WO2015147906A1 (en) | Antenna assemblies | |
Kittiyanpunya et al. | Design of pattern reconfigurable printed Yagi-Uda antenna | |
US11482794B1 (en) | Slot-fed unit cell and current sheet array | |
Sanz-Izquierdo et al. | Study of single and dual band wearable metallic button antennas for personal area networks (PANs) | |
Çevik | 24-28 GHZ MULTIMODE ANTENNA DESIGN |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180430 |