RU2507645C1 - Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna - Google Patents
Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507645C1 RU2507645C1 RU2012152251/08A RU2012152251A RU2507645C1 RU 2507645 C1 RU2507645 C1 RU 2507645C1 RU 2012152251/08 A RU2012152251/08 A RU 2012152251/08A RU 2012152251 A RU2012152251 A RU 2012152251A RU 2507645 C1 RU2507645 C1 RU 2507645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- radiating element
- radiating
- human body
- grounding
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q5/00—Arrangements for simultaneous operation of antennas on two or more different wavebands, e.g. dual-band or multi-band arrangements
- H01Q5/50—Feeding or matching arrangements for broad-band or multi-band operation
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/12—Supports; Mounting means
- H01Q1/22—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles
- H01Q1/24—Supports; Mounting means by structural association with other equipment or articles with receiving set
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q1/00—Details of, or arrangements associated with, antennas
- H01Q1/48—Earthing means; Earth screens; Counterpoises
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
- Support Of Aerials (AREA)
Abstract
Description
Данное изобретение относится к области телекоммуникаций, а более конкретно - к конструкциям и применению сверхширокополосных (СШП) антенн, и, в частности, тех СШП антенн, которые предназначены для использования вблизи или непосредственно на поверхности тела человека или другого биологического объекта.This invention relates to the field of telecommunications, and more particularly to the design and use of ultra-wideband (UWB) antennas, and, in particular, those UWB antennas that are intended to be used near or directly on the surface of a human body or other biological object.
Как известно, ткани тела человека и большинства других биологических объектов обладают относительно большим значением диэлектрической проницаемости, а также заметной проводимостью, обуславливающих высокие значения коэффициента отражения падающей из свободного пространства волны и коэффициента затухания волны, прошедшей внутрь тканей. При таких условиях любая электромагнитная волна, находящаяся вблизи поверхности тела человека, претерпевает серьезное ослабление. Однако известно, что при определенных условиях электромагнитные волны могут распространяться вокруг криволинейных объектов. Для эффективной передачи и приема сигналов необходимо использовать устройства связи и антенны особой конструкции, адаптированные для работы в радиоканале по стандарту WBAN (wireless body area network). Широкое применение такие технологии нашли в медицине, спорте, мобильной связи и в других областях, что обусловило принятие еще одного стандарта (IEEE 802.15.6, http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.15.6-2012.html) [1].As you know, the tissues of the human body and most other biological objects have a relatively high value of dielectric constant, as well as a noticeable conductivity, which cause high values of the reflection coefficient of the wave incident from free space and the attenuation coefficient of the wave transmitted into the tissues. Under such conditions, any electromagnetic wave located near the surface of the human body undergoes a serious attenuation. However, it is known that under certain conditions, electromagnetic waves can propagate around curved objects. For efficient transmission and reception of signals, it is necessary to use communication devices and antennas of a special design adapted for operation in a radio channel according to the WBAN standard (wireless body area network). Such technologies are widely used in medicine, sports, mobile communications and in other fields, which led to the adoption of another standard (IEEE 802.15.6, http://standards.ieee.org/findstds/standard/802.15.6-2012.html ) [one].
Благодаря распространению стандарта IEEE 802.15.6 появляется возможность создания новых видов беспроводных устройств, работающих в непосредственной близи от поверхности тела человека. Как правило, такие устройства имеют автономное питание и серьезное ограничение по потреблению энергии. В такой ситуации необходимой мерой является поиск путей максимального снижения энергопотребления каждого отдельного блока устройства.Thanks to the spread of the IEEE 802.15.6 standard, it is possible to create new types of wireless devices that work in the immediate vicinity of the surface of the human body. Typically, such devices are self-powered and severely limited in energy consumption. In such a situation, the necessary measure is the search for ways to minimize energy consumption of each individual unit of the device.
По сути такие технологии позволяют осуществлять передачу и прием электромагнитных сигналов вблизи поверхности тела, когда приемная и передающая антенны не находятся на линии прямой видимости, за счет эффекта поверхностных электромагнитных волн. При этом большое значение имеет проблема миниатюризации таких устройств, как системы дистанционного мониторинга здоровья и периферические устройства в системах мобильной связи.In fact, such technologies allow the transmission and reception of electromagnetic signals near the surface of the body when the receiving and transmitting antennas are not on the line of sight, due to the effect of surface electromagnetic waves. At the same time, the miniaturization of devices such as remote health monitoring systems and peripheral devices in mobile communication systems is of great importance.
Из уровня техники известны различные конструкции антенн и устройств связи, адаптированных для использования таких антенн и предназначенных для работы в непосредственной близости от тела человека или иного биологического объекта.The prior art various constructions of antennas and communication devices adapted for the use of such antennas and designed to work in close proximity to the human body or other biological object.
В частности, в заявке JP 2004343601 [2] описана антенна, предназначенная для работы вблизи поверхности тела человека и расположенная внутри корпуса мобильного терминала. Антенна состоит из пластины заземления и излучающего элемента, которые расположены параллельно один другому и соединены одной перемычкой. Для подведения питания к антенне используется пластина запитки, подключаемая одним концом к излучающему элементу, а другим концом - к линии питания, размещенной на печатной плате устройства. Антенна реализует режим одно- или двухчастотной работы за счет введения дополнительной щелевой прорези на одном из металлических элементов конструкции.In particular, the application JP 2004343601 [2] describes an antenna designed to work near the surface of the human body and located inside the body of the mobile terminal. The antenna consists of a ground plate and a radiating element, which are located parallel to one another and connected by one jumper. To supply power to the antenna, a power plate is used, connected at one end to the radiating element, and at the other end to the power line located on the device’s printed circuit board. The antenna implements the regime of single- or dual-frequency operation due to the introduction of an additional slotted slot on one of the metal structural elements.
В качестве основных недостатков изобретения [2] с точки зрения возможности его использования для организации СШП канала связи между малогабаритными терминалами, размещенными вблизи или на поверхности тела можно назвать:The main disadvantages of the invention [2] from the point of view of the possibility of its use for the organization of UWB communication channel between small-sized terminals located near or on the surface of the body include:
- использование антенной дополнительного объема внутри мобильного устройства, что существенно ограничивает возможность миниатюризации;- the use of an additional volume antenna inside a mobile device, which significantly limits the possibility of miniaturization;
- горизонтальная поляризация излучения антенны по отношению к поверхности тела человека, что не позволяет осуществлять связь между двумя терминалами, разнесенными на разные стороны поверхности тела человека;- horizontal polarization of the radiation of the antenna with respect to the surface of the human body, which does not allow communication between two terminals spaced on different sides of the surface of the human body;
- отсутствие СШП согласования антенны.- lack of UWB antenna matching.
Наиболее близкое к заявляемому изобретению техническое решение опубликовано как WO 2012/059302 [3], где описана принципиальная конструкция малогабаритной антенны, предназначенной для работы вблизи поверхности тела человека и обеспечивающей излучение с вертикальной поляризацией. Антенна, в первую очередь, предназначена для использования в слуховых аппаратах. Основные недостатки изобретения [3] следующие:Closest to the claimed invention, the technical solution is published as WO 2012/059302 [3], which describes the basic design of a small antenna designed to work near the surface of the human body and providing radiation with vertical polarization. The antenna is primarily intended for use in hearing aids. The main disadvantages of the invention [3] the following:
- излучающая конструкция представляет собой узкополосную однорезонансную систему, что затрудняет согласование антенны в сверхширокой полосе при перестройке рабочей частоты;- the radiating design is a narrow-band single-resonance system, which makes it difficult to match the antenna in an ultra-wide band when the operating frequency is tuned;
- антенна не может быть использована для излучения СШП радиоимпульсов без их существенного искажения, ввиду своей принципиальной узкополосности.- the antenna cannot be used to emit UWB radio pulses without significant distortion, due to its fundamental narrowband.
Таким образом, изобретение [3] невозможно использовать для реализации СШП радиоканала по стандарту IEEE 802.15.6.Thus, the invention [3] cannot be used to implement UWB radio channel according to the IEEE 802.15.6 standard.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в разработке устройств, позволяющих добиться высокого значения коэффициента передачи в радиоканале между связными терминалами, находящимися вне зоны прямой видимости на поверхности тела человека, в частности на поверхности головы.The problem to which the claimed invention is directed, is to develop devices to achieve a high value of the transmission coefficient in the radio channel between connected terminals located outside the line of sight on the surface of the human body, in particular on the surface of the head.
Технический результат достигается за счет разработки усовершенствованной конструкции сверхширокополосной малогабаритной антенны, которая имеет в своем составе элемент заземления, излучающий элемент, закорачивающий элемент, проводящий элемент питания, и отличается от прототипа тем, что:The technical result is achieved through the development of an improved design of an ultra-wideband small-sized antenna, which includes an earth element, a radiating element, a shorting element, a conductive battery, and differs from the prototype in that:
- элемент заземления помещен в непосредственной близости от поверхности тела человека;- the grounding element is placed in close proximity to the surface of the human body;
- излучающий элемент, внешние размеры которого близки к внешним размерам элемента заземления, удален от элемента заземления в направлении примерно перпендикулярном поверхности тела на расстояние от 0,2 до 0,5 средней длины волны рабочего диапазона частот; и- a radiating element, whose external dimensions are close to the external dimensions of the grounding element, is removed from the grounding element in a direction approximately perpendicular to the surface of the body at a distance of 0.2 to 0.5 of the average wavelength of the operating frequency range; and
- закорачивающий элемент установлен, по меньшей мере, в двух экземплярах и выполнен с возможностью соединения элемента заземления с излучающим элементом в таких точках, чтобы его положение оказывалось примерно перпендикулярным поверхности тела;- the shorting element is installed in at least two copies and is configured to connect the ground element to the radiating element at such points that its position is approximately perpendicular to the surface of the body;
- проводящий элемент питания, подключенный к элементу заземления и излучающему элементу в произвольных точках, размещен в положении, примерно перпендикулярном поверхности тела, и имеет разрыв в произвольной области размером не более 0,125 наименьшей длины волны рабочего диапазона для подключения устройства питания антенны, причем указанные элемент заземления и излучающий элемент ориентированы параллельно поверхности тела человека, и на элементе заземления и/или излучающем элементе выполнены, по меньшей мере, три щелевых выреза произвольной формы.- a conductive battery connected to the ground element and the radiating element at arbitrary points, is placed in a position approximately perpendicular to the surface of the body, and has a gap in an arbitrary area of not more than 0.125 of the smallest wavelength of the operating range for connecting the antenna power device, and the indicated ground element and the radiating element are oriented parallel to the surface of the human body, and at least three slotted cut-outs are made on the ground element and / or radiating element n form.
Такую антенну предполагается использовать в портативных устройствах связи, конструкция которых обусловлена особенностями антенны. В качестве варианта реализации заявляется портативное связное устройство, выполненное с возможностью работы в сверхширокой полосе частот при размещении в непосредственной близости от поверхности тела человека, содержащее диэлектрический корпус и помещенную в него сверхширокополосную малогабаритную антенну, отличающееся тем, что содержит:Such an antenna is supposed to be used in portable communication devices, the design of which is due to the characteristics of the antenna. As an implementation option, a portable communication device is claimed, configured to operate in an ultra-wide frequency band when placed in close proximity to the surface of a human body, comprising a dielectric housing and an ultra-wide-band small-sized antenna placed in it, characterized in that it contains:
- элемент заземления антенны, помещенный в непосредственной близости от поверхности тела человека, геометрическая форма поверхности которого близка к геометрической форме внутренней поверхности корпуса устройства;- the grounding element of the antenna, placed in close proximity to the surface of the human body, the geometric shape of the surface of which is close to the geometric shape of the inner surface of the device body;
- излучающий элемент антенны, внешние размеры которого близки к внешним размерам элемента заземления, удаленный от элемента заземления в направлении примерно перпендикулярном поверхности тела на расстояние от 0,2 до 0,5 средней длины волны рабочего диапазона частот; и- a radiating antenna element whose external dimensions are close to the external dimensions of the grounding element, remote from the grounding element in a direction approximately perpendicular to the surface of the body at a distance of 0.2 to 0.5 of the average wavelength of the operating frequency range; and
- закорачивающий элемент антенны, установленный, по меньшей мере, в двух экземплярах и соединяющий элемент заземления с излучающим элементом таких точках, чтобы его положение оказывалось примерно перпендикулярным поверхности тела;- a shorting antenna element, installed in at least two instances and connecting the grounding element to the radiating element at such points that its position is approximately perpendicular to the surface of the body;
- проводящий элемент питания антенны, подключенный к элементу заземления и излучающему элементу в произвольных точках, причем проводящий элемент питания размещен примерно перпендикулярно поверхности тела и имеет разрыв в произвольной области размером не более 0,125 наименьшей длины волны рабочего диапазона, для подключения устройства питания антенны, и- a conductive antenna battery connected to the ground element and the radiating element at arbitrary points, wherein the conductive battery is arranged approximately perpendicular to the surface of the body and has a gap in an arbitrary region of a size of not more than 0.125 of the smallest wavelength of the operating range for connecting the antenna power device, and
- элемент заземления и/или излучающий элемент снабжены, по меньшей мере, тремя щелевыми вырезами произвольной формы;- the grounding element and / or the radiating element are provided with at least three slotted cutouts of arbitrary shape;
причем элемент заземления и излучающий элемент установлены на внутреннюю поверхность диэлектрического корпуса устройства и ориентированы максимально параллельно поверхности тела человека.moreover, the grounding element and the radiating element are mounted on the inner surface of the dielectric body of the device and are oriented as parallel as possible to the surface of the human body.
Заявляемые решения дают возможность при требуемом значении сигнал/шум на входе приемника уменьшить мощность передатчика и/или использовать менее чувствительный приемник, что совокупно приводит к понижению энергопотребления портативным устройством.The inventive solutions make it possible, at the required signal-to-noise value at the input of the receiver, to reduce the transmitter power and / or use a less sensitive receiver, which together leads to lower power consumption of the portable device.
С другой стороны, за счет смешанной поляризации излучения обеспечивается возможность устойчивой связи с внешними устройствами.On the other hand, due to the mixed polarization of the radiation, the possibility of stable communication with external devices is ensured.
Важной особенностью изобретения является минимизация размеров излучателя и возможность изготовления всех элементов антенны в виде низкопрофильных конформных корпусу устройства конструкций.An important feature of the invention is the minimization of the size of the emitter and the possibility of manufacturing all elements of the antenna in the form of low-profile conformal to the structure of the device structure.
Антенны, излучающие волны, соответствующие перечисленным правилам, могут передавать информацию вдоль поверхности тела, находясь на разных сторонах объекта, не имея линии прямой видимости через свободное пространство. При этом волна будет претерпевать малое ослабление при распространении в сравнении с распространением луча напрямую, через внутренние слои объекта. Это позволит снизить энергопотребление приемопередающих модулей устройств.Antennas emitting waves that comply with the above rules can transmit information along the surface of the body, being on different sides of the object, without a line of sight through free space. In this case, the wave will undergo slight attenuation during propagation in comparison with the propagation of the ray directly, through the inner layers of the object. This will reduce the power consumption of transceiver device modules.
Кроме того, заявленная антенна позволяет осуществлять передачу данных с применением сверхширокополосных сигналов различного вида, например ультракоротких импульсов, сигналов с линейной частотной модуляцией, различных видов шумоподобных сигналов (хаотических и т.д.). При этом антенна обладает малой высотой (порядка десятой доли средней длины волны рабочего диапазона), что уменьшает габариты устройств и повышает удобство использования.In addition, the claimed antenna allows data transmission using ultra-wideband signals of various types, such as ultrashort pulses, signals with linear frequency modulation, various types of noise-like signals (chaotic, etc.). At the same time, the antenna has a low height (of the order of a tenth of the average wavelength of the operating range), which reduces the dimensions of the devices and improves usability.
Конструкция заявляемой антенны основана на общих принципах формирования излучения типовых антеннах типа PIFA (Planar Inverted F antenna). Теоретические принципы проектирования таких антенн можно найти на сайте http://www.antenna-theory.com/antennas/patches/pifa.php [4]. В общем случае такие антенны имеют проводящий планарный элемент, условно называемый “ground” (земля), “radiating” (излучающий) элемент, выполненный в виде полоски или ленты, размещенный над землей и соединяемый с ней посредством элемента закоротки (shorting wall или shorting PIN) и элементом запитки, который связывает антенну с другими элементами СВЧ тракта устройства. Классические PIFA антенны являются узкополосными квазивсенаправленными антеннами с эллиптической поляризацией. Данная особенность диаграмм направленности PIFA антенн обуславливает возможность их эффективного применения в мобильных устройствах связи, где конкретное позиционирование объекта относительно базовой станции не оговаривается. Другой особенностью PIFA служит возможность минимизация ее размеров при обеспечении требуемого согласования на заданной нижней частоте диапазона. Данный эффект проявляется за счет возникновения первого резонанса на внутреннем токовом контуре, размер которого оказывается примерно равным четверти рабочей длины волны. Указанные предпосылки позволяют предложить конструкцию излучателя, ранее не известную, реализующую общие принципы антенн типа PIFA, но при этом обладающую сверхширокополосными характеристиками при работе на поверхности тела человека или другого биологического объекта.The design of the claimed antenna is based on the general principles of radiation generation of typical antennas of the PIFA type (Planar Inverted F antenna). Theoretical design principles for such antennas can be found at http://www.antenna-theory.com/antennas/patches/pifa.php [4]. In general, such antennas have a conductive planar element, conventionally called “ground” (ground), “radiating” (radiating) element, made in the form of a strip or tape, placed above the ground and connected to it by a shorting wall (shorting wall or shorting PIN ) and a power element that connects the antenna to other elements of the microwave path of the device. Classic PIFA antennas are narrowband quasi-omnidirectional antennas with elliptical polarization. This feature of the PIFA antenna patterns determines the possibility of their effective application in mobile communication devices, where the specific positioning of the object relative to the base station is not specified. Another feature of PIFA is the ability to minimize its size while ensuring the required matching at a given low frequency range. This effect is manifested due to the appearance of the first resonance on the internal current circuit, the size of which is approximately equal to a quarter of the working wavelength. These prerequisites allow us to propose a radiator design, previously unknown, that implements the general principles of PIFA antennas, but which also has ultra-wideband characteristics when working on the surface of a human body or other biological object.
На Фиг.1 представлен общий вид заявляемой антенны. На рисунке обозначены следующие элементы:Figure 1 presents a General view of the inventive antenna. The following elements are indicated in the figure:
1 - пластина заземления;1 - ground plate;
2 - излучающая пластина;2 - a radiating plate;
3 - набор закорачивающих штырей;3 - a set of shorting pins;
4 - штырь запитки;4 - pin power;
5 - набор щелевых элементов.5 - a set of slotted elements.
На Фиг.2 представлена частотная зависимость коэффициента стоячей волны (КСВН) на входе антенны, реализующей принципы предлагаемого класса устройств, в диапазоне 7-10 ГГц при установке излучателя на поверхности головы человека за ушной раковиной.Figure 2 presents the frequency dependence of the standing wave coefficient (VSWR) at the input of the antenna that implements the principles of the proposed class of devices in the range of 7-10 GHz when the emitter is installed on the surface of the human head behind the auricle.
Общий вид заявляемой антенны показан на Фиг.1. Важной особенностью заявляемой антенны является возможность уменьшения размеров элемента 1 заземления антенны, представляющего собой пластину заземления, до размеров пластины излучающего элемента 2, что позволяет эффективно адаптировать антенну под конструкцию, по большей части, симметричного корпуса устройства с одной стороны, при понижении экранирующих свойства элемента заземления, тем самым увеличивая широкополосность антенны. Другой важной особенностью заявляемой конструкции является используемый подход к выполнению излучающего элемента 2 и расположению закорачивающих элементов, выполненных в виде штырей 3. Внешний контур излучающего элемента 2 повторяет контур пластины 1 заземления, однако для обеспечения сверхширокополосных характеристик согласования и направленности излучающий элемент 2 профилируется с помощью трех или более щелевых прорезей 5, которые приводят к образованию набора различных токовых контуров, а следовательно, возможности осуществления многорезонансной работы антенны при примерно фиксированном положении фазового центра, что обуславливает малые искажения при излучении сверхширокополосных радиоимпульсов. В антенне на Фиг.1 использованы два закорачивающих штыря 3 и один элемент 4 запитки, выполненный также в виде штыря. Положение штырей подбирается так, чтобы сгенерировать синфазные вертикальные токи в рабочей полосе частот, и, как следствие, высокое значение коэффициента усиления по вертикальной поляризации, наличие которой является непременным условием организации связи между разнесенными на разные стороны тела объекта устройствами. Данную антенну предлагается использовать при расположении токонесущих элементов 1-4 на внутренней поверхности пластикового корпуса портативного устройства. За счет обеспечиваемой таким образом конформности конструкции появляется возможность экономно использовать внутренний объем устройства. При установке на поверхность тела в качестве контактной стороны устройства должна быть та его сторона, на которой установлена пластина заземления, что позволяет значительно уменьшить потери мощности в биологических тканях.A General view of the inventive antenna is shown in Fig.1. An important feature of the claimed antenna is the ability to reduce the size of the
Сверхширокополосность и смешанная поляризация такой антенны делают ее характеристики согласования и направленности слабо чувствительными к незначительным изменениям базовой формы отдельных элементов, наличию и расположению внутренних элементов устройства (микросхем, батареек и пр.). При этом обеспечивается возможность формирования устойчивого радиоканала как для «on-body to on-body» (на теле - на теле), так и для «on-body to off-body» (на теле - вне тела) каналов передачи информации. Внешние габариты антенны подбираются под указанные диапазон рабочих частот и размеры корпуса устройства. В целом следует считать, чтоThe ultra-wideband and mixed polarization of such an antenna make its matching and directivity characteristics weakly sensitive to minor changes in the basic shape of individual elements, the presence and location of the internal elements of the device (microcircuits, batteries, etc.). At the same time, it is possible to form a stable radio channel both for “on-body to on-body” (on the body - on the body), and for “on-body to off-body” (on the body - outside the body) information transmission channels. The external dimensions of the antenna are selected for the specified operating frequency range and the dimensions of the device. In general, it should be considered that
lam/4=2*h+Lm,lam / 4 = 2 * h + Lm,
где lam - низшая рабочая длина волны в диапазоне,where lam is the lowest working wavelength in the range,
h - расстояние между пластиной заземления и излучающей пластиной,h is the distance between the ground plate and the radiating plate,
Lm - средний периметр токового контура на поверхности, профилированной щелями излучающей пластины (величина зависит от конкретной выбранной конфигурации щелей).Lm is the average perimeter of the current circuit on the surface profiled by slots of the radiating plate (the value depends on the particular chosen configuration of the slots).
Пример измеренного коэффициента стоячей волны по напряжению (КСВН) антенны, разработанной в соответствии с указанными принципами и вписанной в объем 23×6×5,5 мм3, проиллюстрирован на Фиг.2.An example of a measured standing wave voltage coefficient (VSWR) of an antenna designed in accordance with these principles and inscribed in a volume of 23 × 6 × 5.5 mm 3 is illustrated in FIG.
Сверхширокополосная малогабаритная антенна, предлагаемая в данном изобретении, может быть использована для установки в портативные связные устройства при обеспечении работы в сверхширокой полосе частот. В частности, антенна может быть успешно применена при организации связных систем на основе стандарта IEEE 802.15.6. При этом за счет смешанной поляризации излучения обеспечивается возможность осуществления связи между терминалами, находящимися на поверхности тела объекта, где необходимым условием является присутствие вертикальной поляризации, а также между нательным терминалом и удаленным внешним устройством.The ultra-wideband small-sized antenna proposed in this invention can be used for installation in portable communication devices while ensuring operation in an ultra-wide frequency band. In particular, the antenna can be successfully used in the organization of communication systems based on the IEEE 802.15.6 standard. In this case, due to the mixed polarization of the radiation, it is possible to communicate between terminals located on the surface of the body of the object, where the necessary condition is the presence of vertical polarization, as well as between the wearable terminal and a remote external device.
Claims (9)
- элемент заземления помещен в непосредственной близости от поверхности тела человека;
- излучающий элемент, внешние размеры которого близки к внешним размерам элемента заземления, удален от элемента заземления в направлении примерно перпендикулярном поверхности тела на расстояние от 0,2 до 0,5 средней длины волны рабочего диапазона частот; и
- закорачивающий элемент установлен, по меньшей мере, в двух экземплярах и выполнен с возможностью соединения элемента заземления с излучающим элементом в таких точках, чтобы его положение оказывалось примерно перпендикулярным поверхности тела;
- проводящий элемент питания, подключенный к элементу заземления и излучающему элементу в произвольных точках, размещен в положении, близком к перпендикулярному поверхности тела, и имеет разрыв в произвольной области размером не более 0,125 наименьшей длины волны рабочего диапазона,
причем указанные элемент заземления и излучающий элемент ориентированы параллельно поверхности тела человека, и
на элементе заземления и/или излучающем элементе выполнены, по меньшей мере, три щелевых выреза произвольной формы.1. Ultrawide small-sized antenna, which includes an earth element, a radiating element, a shorting element, a conductive battery and characterized in that:
- the grounding element is placed in close proximity to the surface of the human body;
- a radiating element, whose external dimensions are close to the external dimensions of the grounding element, is removed from the grounding element in a direction approximately perpendicular to the surface of the body at a distance of 0.2 to 0.5 of the average wavelength of the operating frequency range; and
- the shorting element is installed in at least two copies and is configured to connect the ground element to the radiating element at such points that its position is approximately perpendicular to the surface of the body;
- a conductive battery connected to the ground element and the radiating element at arbitrary points, is placed in a position close to the perpendicular surface of the body, and has a gap in an arbitrary region with a size of not more than 0.125 of the smallest wavelength of the operating range,
moreover, these grounding element and the radiating element are oriented parallel to the surface of the human body, and
at least three slotted cutouts of arbitrary shape are made on the grounding element and / or the radiating element.
lam/4=2*h+Lm,
где lam - низшая рабочая длина волны в диапазоне,
h - расстояние между элементом заземления и излучающим элементом,
Lm - средний периметр токового контура на поверхности, профилированной щелями излучающего элемента.3. The antenna according to claim 1, characterized in that the external dimensions of the antenna are selected for the operating frequency range according to:
lam / 4 = 2 * h + Lm,
where lam is the lowest working wavelength in the range,
h is the distance between the ground element and the radiating element,
Lm is the average perimeter of the current circuit on the surface profiled by slots of the radiating element.
- элемент заземления антенны, помещенный в непосредственной близости от поверхности тела человека, геометрическая форма поверхности которого близка к геометрической форме внутренней поверхности корпуса устройства;
- излучающий элемент антенны, внешние размеры которого близки к внешним размерам элемента заземления, удаленный от элемента заземления в направлении примерно перпендикулярном поверхности тела на расстояние от 0,2 до 0,5 средней длины волны рабочего диапазона частот; и
- закорачивающий элемент антенны, установленный, по меньшей мере, в двух экземплярах и соединяющий элемент заземления с излучающим элементом в таких точках, чтобы его положение оказывалось примерно перпендикулярным поверхности тела;
- проводящий элемент питания антенны, подключенный к элементу заземления и излучающему элементу в произвольных точках, причем проводящий элемент питания размещен примерно перпендикулярно поверхности тела и имеет разрыв в произвольной области размером не более 0,125 наименьшей длины волны рабочего диапазона, и
- элемент заземления и/или излучающий элемент снабжены, по меньшей мере, тремя щелевыми вырезами произвольной формы;
причем элемент заземления и излучающий элемент установлены на внутреннюю поверхность диэлектрического корпуса устройства и ориентированы максимально параллельно поверхности тела человека.4. A portable communication device configured to operate in an ultra-wide frequency band when placed in close proximity to the surface of the human body, comprising a dielectric housing and an ultra-wide-band small-sized antenna placed in it, characterized in that it contains:
- the grounding element of the antenna, placed in close proximity to the surface of the human body, the geometric shape of the surface of which is close to the geometric shape of the inner surface of the device body;
- a radiating antenna element whose external dimensions are close to the external dimensions of the grounding element, remote from the grounding element in a direction approximately perpendicular to the surface of the body at a distance of 0.2 to 0.5 of the average wavelength of the operating frequency range; and
- a shorting antenna element, installed in at least two instances and connecting the grounding element to the radiating element at such points that its position is approximately perpendicular to the surface of the body;
- a conductive antenna battery connected to the ground element and the radiating element at arbitrary points, wherein the conductive battery is arranged approximately perpendicular to the surface of the body and has a gap in an arbitrary region of a size of not more than 0.125 of the smallest wavelength of the operating range, and
- the grounding element and / or the radiating element are provided with at least three slotted cutouts of arbitrary shape;
moreover, the grounding element and the radiating element are mounted on the inner surface of the dielectric body of the device and are oriented as parallel as possible to the surface of the human body.
lam/4=2*h+Lm,
где lam - низшая рабочая длина волны в диапазоне,
h - расстояние между элементом заземления и излучающим элементом,
Lm - средний периметр токового контура на поверхности, профилированной щелями излучающего элемента.6. The device according to claim 4, characterized in that the external dimensions of the antenna are selected for the operating frequency range according to:
lam / 4 = 2 * h + Lm,
where lam is the lowest working wavelength in the range,
h is the distance between the ground element and the radiating element,
Lm is the average perimeter of the current circuit on the surface profiled by slots of the radiating element.
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152251/08A RU2507645C1 (en) | 2012-12-05 | 2012-12-05 | Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna |
| KR1020130111730A KR102083551B1 (en) | 2012-12-05 | 2013-09-17 | Ultra wideband antenna |
| US14/097,742 US10135125B2 (en) | 2012-12-05 | 2013-12-05 | Ultra-wideband (UWB) antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012152251/08A RU2507645C1 (en) | 2012-12-05 | 2012-12-05 | Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2507645C1 true RU2507645C1 (en) | 2014-02-20 |
Family
ID=50113391
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012152251/08A RU2507645C1 (en) | 2012-12-05 | 2012-12-05 | Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102083551B1 (en) |
| RU (1) | RU2507645C1 (en) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2004343601A (en) * | 2003-05-19 | 2004-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Antenna and electronic device using the same |
| RU2265264C2 (en) * | 2000-07-11 | 2005-11-27 | Ин4Тел Лтд. | Internal antennas for mobile communication devices |
| EP1662604A1 (en) * | 2004-11-29 | 2006-05-31 | Sony Ericsson Mobile Communications AB | Portable communication device with ultra wideband antenna |
| RU2335834C1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-10-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Super wide band transceiver antenna |
| US7567210B2 (en) * | 2005-09-23 | 2009-07-28 | Industrial Technology Research Institute | Small size ultra-wideband antenna |
| RU2435259C1 (en) * | 2010-11-17 | 2011-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" | Three-band microstrip antenna |
| US20120081252A1 (en) * | 2010-10-04 | 2012-04-05 | Tyco Electronics Amp Gmbh | Ultra wide band antenna |
| WO2012059302A2 (en) * | 2010-10-12 | 2012-05-10 | Gn Resound A/S | An antenna device |
| RU119173U1 (en) * | 2011-12-26 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Бисант" | ULTRA-BAND FERROCERAMIC INTERACTIVE ACCESS ANTENNA (OPTIONS) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6161036A (en) * | 1997-12-25 | 2000-12-12 | Nihon Kohden Corporation | Biological signal transmission apparatus |
| US6573869B2 (en) * | 2001-03-21 | 2003-06-03 | Amphenol - T&M Antennas | Multiband PIFA antenna for portable devices |
| KR100964652B1 (en) * | 2007-05-03 | 2010-06-22 | 주식회사 이엠따블유 | Multi-band antenna and wireless communication device including the same |
-
2012
- 2012-12-05 RU RU2012152251/08A patent/RU2507645C1/en active
-
2013
- 2013-09-17 KR KR1020130111730A patent/KR102083551B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2265264C2 (en) * | 2000-07-11 | 2005-11-27 | Ин4Тел Лтд. | Internal antennas for mobile communication devices |
| JP2004343601A (en) * | 2003-05-19 | 2004-12-02 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Antenna and electronic device using the same |
| EP1662604A1 (en) * | 2004-11-29 | 2006-05-31 | Sony Ericsson Mobile Communications AB | Portable communication device with ultra wideband antenna |
| US7567210B2 (en) * | 2005-09-23 | 2009-07-28 | Industrial Technology Research Institute | Small size ultra-wideband antenna |
| RU2335834C1 (en) * | 2007-03-12 | 2008-10-10 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Рязанский Приборный Завод" | Super wide band transceiver antenna |
| US20120081252A1 (en) * | 2010-10-04 | 2012-04-05 | Tyco Electronics Amp Gmbh | Ultra wide band antenna |
| WO2012059302A2 (en) * | 2010-10-12 | 2012-05-10 | Gn Resound A/S | An antenna device |
| RU2435259C1 (en) * | 2010-11-17 | 2011-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Специальный Технологический Центр" | Three-band microstrip antenna |
| RU119173U1 (en) * | 2011-12-26 | 2012-08-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Бисант" | ULTRA-BAND FERROCERAMIC INTERACTIVE ACCESS ANTENNA (OPTIONS) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102083551B1 (en) | 2020-03-02 |
| KR20140072791A (en) | 2014-06-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Chi et al. | On-body adhesive-bandage-like antenna for wireless medical telemetry service | |
| US10230160B2 (en) | Wireless communication system and wearable electronic device including the same | |
| JP2014150526A (en) | Antenna assembly and communication device comprising the same | |
| EP2053688B1 (en) | Antenna system for wireless digital devices | |
| KR20120096927A (en) | Antenna system providing high isolation between antennas on electronics device | |
| EP2645603B1 (en) | Wireless security device | |
| Islam et al. | Highly compact integrated sub-6 GHz and millimeter-wave band antenna array for 5G smartphone communications | |
| Nella et al. | Moon slotted circular planar monopole UWB antenna design and analysis | |
| Wong et al. | Internal GSM/DCS antenna backed by a step-shaped ground plane for a PDA phone | |
| RU2524563C1 (en) | Compact ultra-wideband antenna | |
| WO2005122332A1 (en) | Wideband antenna with omni-directional radiation | |
| CN105098371B (en) | A kind of electronic equipment and its antenna assembly | |
| CN102509877A (en) | Small-sized ultra-wide band antenna | |
| KR100740314B1 (en) | Small Chip Type Pattern antenna | |
| CN214203965U (en) | Electronic device | |
| RU2507645C1 (en) | Ultra-wideband small-size antenna and communication device having said antenna | |
| KR101052903B1 (en) | Miniature ultra wideband antenna | |
| CN105379010A (en) | Ultra-wide band antenna | |
| US10135125B2 (en) | Ultra-wideband (UWB) antenna | |
| CN112993547A (en) | Electronic equipment and manufacturing method of antenna structure thereof | |
| KR102454355B1 (en) | Multi-band frequency reconfigurable antenna | |
| US20230035417A1 (en) | Antenna with an open slot and a closed slot | |
| Sambandam et al. | Low profile pattern switchable multiband antenna for on/off body communication | |
| Antonysamy et al. | Multipurpose band specific antenna design and realization for wireless authentication device | |
| CN117810698A (en) | Antenna assembly and electronic equipment |