RU2475902C1 - Microstrip antenna - Google Patents
Microstrip antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2475902C1 RU2475902C1 RU2011149530/07A RU2011149530A RU2475902C1 RU 2475902 C1 RU2475902 C1 RU 2475902C1 RU 2011149530/07 A RU2011149530/07 A RU 2011149530/07A RU 2011149530 A RU2011149530 A RU 2011149530A RU 2475902 C1 RU2475902 C1 RU 2475902C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- antenna
- radiating plate
- cuts
- microstrip antenna
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к антеннам, и может быть использовано для приема радиосигналов, в частности, в качестве активной приемной антенны в аппаратуре пользователей космических навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС/GPS/GALILEO).The invention relates to radio engineering, in particular to antennas, and can be used to receive radio signals, in particular, as an active receiving antenna in the equipment of users of space navigation systems (GPS, GLONASS / GPS / GALILEO).
Микрополосковые антенны (МПА) вследствие их компактности и технологичности изготовления нашли широкое применение во многих системах связи. В последнее время остро стоит проблема их миниатюризации. Одним из способов уменьшения габаритов МПА является использование диэлектрических подложек с большим значением диэлектрической проницаемости (более 10) [Б.А.Панченко, Е.И.Нефедов. Микрополосковые антенны. М.: Радио и связь, 1986, 145 с.].Microstrip antennas (MPAs), due to their compactness and manufacturability, are widely used in many communication systems. Recently, there has been an acute problem of their miniaturization. One of the ways to reduce the dimensions of MPA is to use dielectric substrates with a high dielectric constant (more than 10) [B.A. Panchenko, E.I. Nefedov. Microstrip antennas. M.: Radio and communications, 1986, 145 S.].
Однако это приводит к уменьшению полосы согласования МПА и, в конечном счете, к падению эффективности излучения МПА.However, this leads to a decrease in the MPA matching band and, ultimately, to a decrease in the MPA radiation efficiency.
Альтернативным способом уменьшения габаритов МПА является использование метаматериалов в конструкции антенн [C.Caloz, T.Itoh. Elektromagnetic Metamaterial: Transmission Line Theory and Microwave Applications. New York: Wiley and IEEE Press, 2005].An alternative way to reduce the size of MPA is to use metamaterials in the design of antennas [C. Caloz, T. Itoh. Elektromagnetic Metamaterial: Transmission Line Theory and Microwave Applications. New York: Wiley and IEEE Press, 2005].
Известна МПА с метаматериалом, состоящая из петлевой антенны, окруженной метаматериалом [Заявка США №20090140946, кл. H01Q 1/50; H01Q 15/08; H01Q 7/08; H01Q 9/16, опубл. 2009-06-04].Known MPA with metamaterial, consisting of a loop antenna surrounded by metamaterial [US Application No. 20090140946, class.
Ее недостатком можно считать относительно большие габариты, поскольку она является трехмерной антенной.Its disadvantage can be considered relatively large dimensions, since it is a three-dimensional antenna.
Известна также антенна, состоящая из набора печатных плат, закороченных в центре на земляную плоскость (грибовидные структуры) [Заявка США №20080258981, кл. H01Q 1/24; H01Q 1/38, опубл. 2008-10-23].Also known is an antenna consisting of a set of printed circuit boards shorted in the center to the earth plane (mushroom structures) [US Application No. 200880258981, class.
Недостатком такой конструкции является наличие закорачивающих штырей, соединяющих печатные платы с земляной плоскостью.The disadvantage of this design is the presence of shorting pins connecting the printed circuit boards with the ground plane.
Наиболее близким техническим решением к предложенному является микрополосковая антенна, включающая излучающую пластину, расположенный под ней экран, емкостные элементы, укрепленные на краях излучающей пластины, и штырь связи, соединяющий пластину с линией питания [Патент РФ №2390890, кл. H01Q 3/00, H01Q 1/38, H01Q 21/24, опубл. 27.05.2010].The closest technical solution to the proposed one is a microstrip antenna, including a radiating plate, a screen located below it, capacitive elements mounted on the edges of the radiating plate, and a communication pin connecting the plate to the power line [RF Patent No. 2390890, cl.
В известной антенне излучающая пластина и экран расположены противоположно и отделенно друг от другу, на краях излучающей пластины и экрана выполнены емкостные элементы в виде набора коротких ребер, загнутых внутрь пространства между экраном и излучающей пластиной для обеспечения уменьшения резонансного размера.In the known antenna, the radiating plate and the screen are located opposite and separated from each other, capacitive elements are made on the edges of the radiating plate and the screen in the form of a set of short ribs bent inward between the screen and the radiating plate to reduce the resonant size.
Недостатком такой антенны является то, что пластины перекрывают область излучения микрополосковой антенны, расположенную по периметру излучающего элемента между ее краем и экраном, что при достаточно большом уменьшении резонансного размера излучающей пластины ухудшает эффективность излучения.The disadvantage of this antenna is that the plates overlap the radiation region of the microstrip antenna located along the perimeter of the radiating element between its edge and the screen, which, if the resonant size of the radiating plate is sufficiently large, worsens the radiation efficiency.
Технической задачей изобретения является уменьшение габаритов микрополосковой антенны без уменьшения эффективности ее излучения.An object of the invention is to reduce the size of the microstrip antenna without reducing the efficiency of its radiation.
Указанная задача решается тем, что микрополосковая антенна, включающая излучающую пластину, расположенный под ней экран, емкостные элементы, укрепленные на краях излучающей пластины, и штырь связи, соединяющий пластину с линией питания, снабжена диэлектрической подложкой, на верхней поверхности которой расположена излучающая пластина, выполненная симметричной формы относительно ее центральной оси и имеющая по контуру 2n сквозных вырезов, где n=1, 2, 3…, со щелями, выходящими на край пластины, а емкостные элементы укреплены в вышеназванных щелях и образуют вместе с вырезами метаматериал.This problem is solved in that the microstrip antenna, including a radiating plate, a screen located beneath it, capacitive elements mounted on the edges of the radiating plate, and a communication pin connecting the plate to the power line are provided with a dielectric substrate, on the upper surface of which there is a radiating plate made symmetrical in shape with respect to its central axis and having 2n through cuts along the contour, where n = 1, 2, 3 ..., with slots extending to the edge of the plate, and capacitive elements are fixed in the above firs and form, together with cutouts metamaterial.
Предпочтительно, чтобы излучающая пластина была выполнена любой из известных симметричных форм, например круглой, квадратной, многоугольной, а вырезы пластины были выполнены также симметричной формы, например, круглой, ромбовидной, квадратной, многоугольной..Preferably, the radiating plate was made of any of the known symmetrical shapes, for example round, square, polygonal, and the cutouts of the plate were also made of a symmetric shape, for example, round, diamond, square, polygonal ..
Предпочтительно вырезы пластины выполнить одинаковой площади.Preferably, the cutouts of the plate perform the same area.
Предпочтительно вырезы, расположенные на одной оси пластины по или против часовой стрелки от штыря связи, выполнить площадью Sn+1, большей, чем площадь Sn остальных вырезов, при этом угол разворота относительно штыря связи составляет соответственно +(45±5)° или -(45±5)°, а соотношение площадей вырезов определяют из зависимости Sn+1/Sn=1,1±0,05.Preferably, the cutouts located on the same axis of the plate clockwise or counterclockwise from the connection pin are made with an area S n + 1 larger than the area S n of the remaining notches, while the turning angle relative to the connection pin is + (45 ± 5) ° or - (45 ± 5) °, and the ratio of the area of the cutouts is determined from the dependence S n + 1 / S n = 1.1 ± 0.05.
Целесообразно, чтобы антенна имела высокочастотный разъем, соединяющий штырь с линией питания.It is advisable that the antenna has a high-frequency connector connecting the pin to the power line.
На фиг.1 представлен общий вид МПА с метаматериалом.Figure 1 presents a General view of the MPA with metamaterial.
На фиг.2 - варианты топологий печатной платы.Figure 2 - options for the topology of the printed circuit board.
На фиг.3 - эквивалентная схема МПА с метаматериалом.Figure 3 - equivalent circuit MPA with metamaterial.
На фиг.4 - фотография предложенной антенны.Figure 4 is a photograph of the proposed antenna.
На фиг.5 - коэффициент стоячей волны (КСВ) входов антенного элемента.Figure 5 - standing wave ratio (SWR) of the inputs of the antenna element.
На фиг.6 - диаграммы направленности (ДН) микрополосковой антенны на частоте 1600 МГц.Figure 6 - radiation patterns (MD) of a microstrip antenna at a frequency of 1600 MHz.
На фиг.7 - азимутальная зависимость поля излучения для частоты 1600 МГц.Figure 7 - azimuthal dependence of the radiation field for a frequency of 1600 MHz.
Микрополосковая антенна включает излучающую пластину 1, выполненную симметричной формы относительно ее центральной оси и имеющую по контуру 2n сквозных вырезов 2, где n=1, 2, 3…, со щелями, выходящими на край пластины 1 и емкостные элементы 3, укрепленные в вышеназванных щелях, и образующими вместе с вырезами 2 метаматериал (фиг.1).The microstrip antenna includes a
Антенна также содержит диэлектрическую подложку 4, проводящий экран 5 и штырь связи 6, соединяющий пластину с линией питания.The antenna also contains a
Излучающая пластина расположена на диэлектрической подложке 4, под которой установлен экран 5.The radiating plate is located on the
Возможные варианты топологий антенного элемента представлены на фиг.2. Излучающая пластина 1 антенны выполнена любой из известных симметричных форм, например круглой, квадратной, многоугольной.Possible topologies of the antenna element are presented in figure 2. The
Элементы запитки представляют собой высокочастотный разъем (на фиг.1 не показан) и штырь 6. Штырь 6 одним концом присоединяется к разъему, а другим концом - к излучающей пластине 1. Место подключения штыря 6 к пластине выбирается из условия получения входного сопротивления, равного 50 Ом на центральной частоте диапазона. Это расстояние от центра пластины 1 составляет примерно треть от половины ее размера.The power elements are a high-frequency connector (not shown in FIG. 1) and
Проводящий экран 5 служит для создания преимущественно однонаправленного излучения (приема) микрополосковой антенны.The
Вырезы 2 пластины 1 выполнены симметричной формы, например круглой, ромбовидной, квадратной, многоугольной, и могут иметь как одинаковую площадь, так и различную.The
Для обеспечения излучения поля круговой поляризации вырезы 2 в пластине 1 выполняются неодинаковыми, а их расположение относительно элементов питания должно быть строго фиксировано.To ensure radiation of the field of circular polarization, the
Для правополяризованного поля вырезы 2, расположенные на одной оси по часовой стрелке от штыря 6 пластины 1, должны быть несколько больше по площади относительно остальных вырезов 1, а угол разворота относительно точки питания должен составлять +(45±5)°.For a right-polarized field,
Для левополяризованного поля вырезы 2, расположенные на одной оси против часовой стрелки от точки питания пластины 1, должны быть несколько больше по площади относительно остальных вырезов 2, а угол разворота относительно точки питания должен составлять -(45±5)°.For a left-polarized field,
Величина отличия площади увеличенных вырезов, как и их точное расположение в пределах заданного интервала углов, определяется параметрами диэлектрической проницаемости подложки 4 - ее толщиной и значением диэлектрической проницаемости. Эти величины определяются численным путем. Проведенные численные исследования различных конфигураций излучающей пластины, характерные результаты которых приведены в таблице для различных значений диэлектрической проницаемости диэлектрической подложки и ее толщины, показали, что соотношение площадей вырезов можно определить из зависимости Sn+1/Sn=1,1±0,05.The magnitude of the difference in the area of the enlarged cuts, as well as their exact location within a given range of angles, is determined by the parameters of the dielectric constant of the
Принцип работы микрополосковой антенны хорошо известен и состоит в том, что при подаче высокочастотного сигнала на вход антенны в ней возбуждаются высокочастотные колебания определенного типа, а излучение осуществляется за счет поля, «выступающего» из кромок антенны, а именно из зазоров между излучающей пластиной 1 и экраном 5.The principle of operation of a microstrip antenna is well known and consists in the fact that when a high-frequency signal is fed to the antenna input, high-frequency oscillations of a certain type are excited in it, and the radiation is due to the field “protruding” from the edges of the antenna, namely, from the gaps between the
В пластине 1 возможно возбуждение множества типов колебаний (мод), но только самая низшая из них формирует осевую ДН, высшие типы колебаний дают тороидальные ДН с провалом в осевом направлении. Низшими типами колебаний для простейших видов излучающей пластины 1 являются: мода ТМ10 для прямоугольного, мода ТМ11 для круглого излучателя. Для согласования пластины 1 с питающим штырем 6 точку его подключения (точку питания) необходимо совместить с точкой, в которой входное сопротивление равно 50 Ом на центральной частоте диапазона. В рабочем диапазоне частот входное сопротивление становится комплексным, а диапазон согласования по заданному значению КСВ тем шире, чем толще диэлектрическая подложка 4.In
В рассматриваемой микрополосковой антенне излучающая пластина 1 выполнена по типу композитной кольцевой левовинтовой (векторы Е, Н, k образуют левую тройку векторов) передающей линии, образованной сосредоточенными емкостями C1 и индуктивностями L1 вырезов пластины 1.In the microstrip antenna under consideration, the
Сосредоточенные емкости C1 и индуктивности L1 образуют метаматериал, который может быть представлен в виде эквивалентной CL-цепочки [фиг.3]. Через пластину 1 индуктивности L1 защунтированы на основание антенны посредством большой емкости, образованной пластиной 1 и экраном 5.The concentrated capacitances C 1 and inductances L 1 form a metamaterial that can be represented as an equivalent CL chain [Fig. 3]. Through the
Включение метаматериала по периметру излучающей пластины 1 уменьшает ее габариты без уменьшения эффективности излучения.The inclusion of metamaterial around the perimeter of the
Исходя из вышеописанных принципов была рассчитана и спроектирована навигационная антенна ГЛОНАСС/GPS (фиг.4). В конструкции излучающей пластины 1 применена керамика МТ16 с εг=16. Ее размеры составили 18 мм × 18 мм × 6 мм, а размеры экрана 5-19 мм × 19 ммBased on the above principles, the GLONASS / GPS navigation antenna was calculated and designed (Fig. 4). In the design of the emitting
Экспериментальные характеристики этой антенны приведены на фиг.5-7.The experimental characteristics of this antenna are shown in FIGS. 5-7.
Из приведенных данных видно, что антенна имеет широкую ДН, что крайне важно для навигационной антенны. Азимутальная зависимость поля излучения в дальней зоне имеют симметричную форму.From the above data it can be seen that the antenna has a wide beam, which is extremely important for a navigation antenna. The azimuthal dependence of the radiation field in the far zone has a symmetrical shape.
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011149530/07A RU2475902C1 (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Microstrip antenna |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011149530/07A RU2475902C1 (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Microstrip antenna |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2475902C1 true RU2475902C1 (en) | 2013-02-20 |
Family
ID=49121158
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011149530/07A RU2475902C1 (en) | 2011-12-06 | 2011-12-06 | Microstrip antenna |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2475902C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583334C2 (en) * | 2014-09-16 | 2016-05-10 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Method of creating microstrip antennae of metre range and device therefor |
RU202590U1 (en) * | 2020-11-11 | 2021-02-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Cross-notch Millimeter-Wave Microstrip Printed Antenna |
RU2768088C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-03-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Resonant microstrip antenna (versions) and method of its excitation |
RU211959U1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-06-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации | REDUCED P-BAND ANTENNA |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1298820A1 (en) * | 1985-07-24 | 1987-03-23 | Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова | Microstrip aerial |
RU2183889C2 (en) * | 2000-07-05 | 2002-06-20 | Гузеев Игорь Васильевич | Slotted strip-line antenna array |
US20080258981A1 (en) * | 2006-04-27 | 2008-10-23 | Rayspan Corporation | Antennas, Devices and Systems Based on Metamaterial Structures |
US20090140946A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-06-04 | Ziolkowski Richard W | Efficient metamaterial-inspired electrically-small antenna |
RU2390890C2 (en) * | 2008-05-05 | 2010-05-27 | Ооо "Топкон Позишионинг Системс Снг" | Compact microstrip antenna without application of dielectric (versions) |
-
2011
- 2011-12-06 RU RU2011149530/07A patent/RU2475902C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1298820A1 (en) * | 1985-07-24 | 1987-03-23 | Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова | Microstrip aerial |
RU2183889C2 (en) * | 2000-07-05 | 2002-06-20 | Гузеев Игорь Васильевич | Slotted strip-line antenna array |
US20080258981A1 (en) * | 2006-04-27 | 2008-10-23 | Rayspan Corporation | Antennas, Devices and Systems Based on Metamaterial Structures |
US20090140946A1 (en) * | 2007-10-31 | 2009-06-04 | Ziolkowski Richard W | Efficient metamaterial-inspired electrically-small antenna |
RU2390890C2 (en) * | 2008-05-05 | 2010-05-27 | Ооо "Топкон Позишионинг Системс Снг" | Compact microstrip antenna without application of dielectric (versions) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2583334C2 (en) * | 2014-09-16 | 2016-05-10 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (АО "НИИЭМ") | Method of creating microstrip antennae of metre range and device therefor |
RU202590U1 (en) * | 2020-11-11 | 2021-02-26 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский государственный авиационный технический университет" | Cross-notch Millimeter-Wave Microstrip Printed Antenna |
RU2768088C1 (en) * | 2021-07-12 | 2022-03-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Resonant microstrip antenna (versions) and method of its excitation |
RU211959U1 (en) * | 2021-11-29 | 2022-06-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Ярославское высшее военное училище противовоздушной обороны" Министерства обороны Российской Федерации | REDUCED P-BAND ANTENNA |
RU219082U1 (en) * | 2023-05-12 | 2023-06-28 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | MICROSTRIP ANTENNA FOR INTELLIGENT TRANSPORTATION SYSTEMS |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109075436B (en) | Ultra-wideband dual-polarized radiating element for base station antenna | |
US11133596B2 (en) | Antenna with gradient-index metamaterial | |
US9929472B2 (en) | Phased array antenna | |
EP3168927B1 (en) | Ultra compact ultra broad band dual polarized base station antenna | |
KR101982132B1 (en) | Circularly polarized patch antennas, antenna arrays and devices including such antennas and arrays | |
US20150303576A1 (en) | Miniaturized Patch Antenna | |
EP2201646B1 (en) | Dual polarized low profile antenna | |
WO2014000614A1 (en) | Electromagnetic dipole antenna | |
TWI583053B (en) | Antenna and complex antenna | |
EP3813197A1 (en) | Antenna system | |
CN105914475B (en) | A kind of Ka wave band list circular polarized antenna | |
US9496623B2 (en) | Dual band multi-layer dipole antennas for wireless electronic devices | |
CN113690599B (en) | Horizontal polarization omnidirectional super-surface antenna | |
US20230335894A1 (en) | Low profile device comprising layers of coupled resonance structures | |
CN114144939A (en) | Circularly polarized antenna array | |
RU2475902C1 (en) | Microstrip antenna | |
CN207910067U (en) | A kind of arbitrary polarization broad beam paster antenna | |
Ginting et al. | Proximity-coupled L-band patch array antenna fed by binomial power distribution | |
KR101727489B1 (en) | An orthogonally polarized negative resonance crlh patch antenna | |
US9929462B2 (en) | Multiple layer dielectric panel directional antenna | |
Srivastava et al. | Microstrip patch antenna: A survey | |
Ouyang et al. | A cavity-backed slot ESPAR E-plane array | |
Utayo et al. | Pattern and frequency reconfigurable meander line Yagi-Uda antenna | |
KR100970016B1 (en) | Internal antenna with multiple layer | |
Surendar et al. | Wideband Fractal Antenna For Ku Band Applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MZ4A | Patent is void |
Effective date: 20191023 |