RU2768530C1 - Broadband symmetrical vibrator in printed design - Google Patents

Broadband symmetrical vibrator in printed design Download PDF

Info

Publication number
RU2768530C1
RU2768530C1 RU2021116182A RU2021116182A RU2768530C1 RU 2768530 C1 RU2768530 C1 RU 2768530C1 RU 2021116182 A RU2021116182 A RU 2021116182A RU 2021116182 A RU2021116182 A RU 2021116182A RU 2768530 C1 RU2768530 C1 RU 2768530C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vibrator
line
symmetrical
substrate
screen
Prior art date
Application number
RU2021116182A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Константин Алексевич Лайко
Юлия Олеговна Филимонова
Анатолий Сергеевич Разумихин
Original Assignee
Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет»
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет» filed Critical Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования «Новосибирский Государственный Технический Университет»
Priority to RU2021116182A priority Critical patent/RU2768530C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2768530C1 publication Critical patent/RU2768530C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01QANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q9/00Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements

Abstract

FIELD: antenna technology.
SUBSTANCE: invention relates to antenna technology, in particular to broadband symmetrical vibrators in printed form. The effect is achieved by the fact that a broadband symmetrical printed vibrator, made on a substrate containing a screen, a two-wire symmetrical line forming a short-circuited loop, which is connected to the vibrator arms on the one hand, and to the screen, on the other hand, the supply line, the vibrator arms and supply conductors of a short-circuited loop are located on different sides of the substrate, in this case, the supply line is made in the form of a symmetrical strip line, the inner conductor of which is connected to one of the vibrator arms by means of a jumper, and the screen is installed perpendicular to the substrate, characterized in that a matching printed element is introduced, located on the inner part of the substrate, above the vibrator arms, forming a three-circuit system.
EFFECT: improved transmission line-to-load matching over a wider frequency band.
1 cl, 4 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к технике сверхвысоких частот (СВЧ), в частности к антеннам, и может быть использовано, в широкополосных приемо-передающих устройствах, технике связи, радиолокационных устройствах, а также в составе фазированных антенных решёток (ФАР).The present invention relates to microwave technology (SHF), in particular to antennas, and can be used in broadband transceivers, communications technology, radar devices, and also as part of phased antenna arrays (PAR).

Актуальность разработки таких антенн обусловлена миниатюризацией радиотехнической аппаратуры, повышением требований к широкополосности систем, а также требований к массо-габаритным показателям. Такими свойствами обладают печатные вибраторные антенны.The relevance of the development of such antennas is due to the miniaturization of radio equipment, increasing requirements for broadband systems, as well as requirements for weight and size indicators. Printed vibrator antennas have such properties.

Известен симметричный вибратор в печатном исполнении, содержащий симметричные плечи и двухпроводную питающую линию (US7324059B2, Stub printed dipole antenna (SPDA) having wide-band and multi-band characteristics and method of designing the same, H01Q9, 19.08.2005). Устройство имеет малые габариты и небольшой вес.A printed symmetrical vibrator is known, containing symmetrical shoulders and a two-wire supply line (US7324059B2, Stub printed dipole antenna (SPDA) having wide-band and multi-band characteristics and method of designing the same, H01Q9, 19.08.2005). The device is small in size and light in weight.

Однако в указанном устройстве используется конструкция двухпроводной линии с торцевой связью, т.е. проводники находятся в одной плоскости, поэтому данная линия имеет большие потери по излучению и меньшую помехозащищенность, а также меньший диапазон рабочих частот в сравнении с линией, проводники которой находятся в разных плоскостях, на противоположных сторонах диэлектрика (линия с лицевой связью). Образованный на двухпроводной линии короткозамкнутый шлейф имеет выраженную реактивную составляющую в полосе частот, которая затрудняет согласование. Шлейф на линии с лицевой связью обладает меньшей реактивной составляющей.However, this device uses the design of a two-wire line with an end connection, i.e. the conductors are in the same plane, therefore, this line has high radiation losses and lower noise immunity, as well as a smaller operating frequency range in comparison with the line, the conductors of which are in different planes, on opposite sides of the dielectric (line with face connection). A short-circuited loop formed on a two-wire line has a pronounced reactive component in the frequency band, which makes it difficult to match. The loop on the line with face communication has a smaller reactive component.

Известен симметричный вибратор в печатном исполнении для беспроводной многодиапазонной системы связи (US7095382B2, modified printed dipole antennas for wireless multi-band communications systems, H01Q9, 24.11.2003), содержащий питающий шлейф с обратной стороны антенны, который соединен с плечом вибратора с помощью перемычки. Плечи вибратора находятся в одной плоскости на высоте ¼ длины волны от экрана.A printed symmetrical vibrator for a wireless multi-band communication system (US7095382B2, printed dipole antennas for wireless multi-band communications systems, H01Q9, 11/24/2003) is known, containing a power cable on the reverse side of the antenna, which is connected to the vibrator arm with a jumper. The arms of the vibrator are in the same plane at a height of ¼ wavelength from the screen.

Однако, в указанном устройстве используется питающий короткозамкнутый четвертьволновый шлейф, выполненный на основе двухпроводной линии с торцевой связью, которая ухудшает согласование.However, this device uses a short-circuited supply quarter-wave loop, made on the basis of a two-wire line with an end connection, which worsens the matching.

Известен симметричный вибратор в печатном исполнении (A printed dipole antenna for RFID tag, KR200430494Y1, H01Q9, 16.06.2006), содержащий печатный микрополосковый симметрирующий трансформатор с длиной линии равной ¼ длины волны. Микрополосковая линия вибратора находится на одной стороне диэлектрической подложки. Связь линии с вибратором обеспечивается перемычкой.A printed symmetrical vibrator is known (A printed dipole antenna for RFID tag, KR200430494Y1, H01Q9, 06/16/2006), containing a printed microstrip balun transformer with a line length equal to ¼ wavelength. The microstrip line of the vibrator is located on one side of the dielectric substrate. The connection of the line with the vibrator is provided by a jumper.

Однако в указанном устройстве используется конструкция двухпроводной линии с торцевой связью, которая имеет большие потери по излучению, а, следовательно, худшее согласование и малый диапазон рабочих частот (ширина полосы -15% при КСВН не более 1,5) в сравнении с линией с лицевой связью. However, this device uses the design of a two-wire line with an end connection, which has large radiation losses, and, consequently, worse matching and a small operating frequency range (bandwidth -15% at VSWR no more than 1.5) in comparison with a line with front connection.

Кроме того, известен симметричный вибратор в печатном исполнении (симметричный вибратор в печатном исполнении, RU2717573C1, H01Q9, 19.06.2019), являющийся прототипом предлагаемого изобретения, выполненный на подложке, содержащей экран, двухпроводную симметричную линию, образующую короткозамкнутый шлейф, с одной стороны который подключен к плечам вибратора, с другой - к экрану, питающую линию, отличающийся тем, что плечи вибратора и питающие проводники короткозамкнутого шлейфа расположены на разных сторонах подложки, при этом питающая линия выполнена в виде симметричной полосковой линии, внутренний проводник которой присоединен к одному из плеч вибратора посредством перемычки, а экран установлен перпендикулярно подложкеIn addition, a printed symmetrical vibrator is known (printed symmetrical vibrator, RU2717573C1, H01Q9, 06/19/2019), which is a prototype of the present invention, made on a substrate containing a screen, a two-wire symmetrical line forming a short-circuited loop, which is connected on one side to the arms of the vibrator, on the other hand, to the screen, the supply line, characterized in that the arms of the vibrator and the supply conductors of the short-circuited loop are located on different sides of the substrate, while the supply line is made in the form of a symmetrical strip line, the inner conductor of which is connected to one of the arms of the vibrator jumper, and the screen is installed perpendicular to the substrate

Однако в устройстве-прототипе использование короткозамкнутого шлейфа на основе двухпроводной симметричной линии с лицевой связью, образующей двухконтурную систему, обеспечивает недостаточно широкую полосу частот, которая составляет 28% по КСВ уровня 2.However, in the prototype device, the use of a short loop based on a two-wire balanced line with face connection, forming a two-loop system, does not provide an insufficiently wide frequency band, which is 28% of the level 2 SWR.

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является улучшение согласования линии передачи с нагрузкой в более широкой полосе частот.The objective (technical result) of the invention is to improve the matching of the transmission line with the load in a wider frequency band.

Технический результат достигается тем, что в известном симметричном вибраторе в печатном исполнении, выполненном на подложке, содержащей экран, двухпроводную симметричную линию, образующую короткозамкнутый шлейф, с одной стороны который подключен к плечам вибратора, с другой - к экрану, питающую линию, плечи вибратора и питающие проводники короткозамкнутого шлейфа расположены на разных сторонах подложки, при этом питающая линия выполнена в виде симметричной полосковой линии, внутренний проводник которой присоединен к одному из плеч вибратора посредством перемычки, а экран установлен перпендикулярно подложке, при этом введен согласующий печатный элемент, расположенный на внутренней части подложки, над плечами вибратора, образующий трехконтурную систему и позволяющий расширить полосу частот до 42% при заданном уровне КСВ менее 2. The technical result is achieved by the fact that in a well-known symmetrical printed vibrator, made on a substrate containing a screen, a two-wire symmetrical line forming a short-circuited loop, on the one hand, which is connected to the shoulders of the vibrator, on the other hand, to the screen, the supply line, the shoulders of the vibrator and the supply conductors of the short-circuited loop are located on different sides of the substrate, while the supply line is made in the form of a symmetrical strip line, the inner conductor of which is connected to one of the vibrator arms by means of a jumper, and the screen is installed perpendicular to the substrate, while a matching printed element located on the inner part is inserted substrates, above the arms of the vibrator, forming a three-circuit system and allowing you to expand the frequency band up to 42% at a given SWR level of less than 2.

На фиг.1 приведен предлагаемый симметричный вибратор в печатном исполнении, на фиг.2 – частотная зависимость КСВН, на фиг.3 – фиг.4 – диаграммы направленности антенны в плоскостях векторов напряженности электрических и магнитных полей, на нижней и верхней частотах соответственно.Figure 1 shows the proposed symmetrical vibrator in printed form, figure 2 - frequency dependence of VSWR, figure 3 - figure 4 - antenna pattern in the planes of the vectors of electric and magnetic fields, at the lower and upper frequencies, respectively.

Предлагаемое устройство (фиг.1) размещенное на диэлектрике 1, содержит симметричную полосковую линию, внешние проводники 2 которой с одного конца присоединены к плечам вибратора 3, с другого конца – к экрану 4, при этом внутренний проводник симметричной полосковой линии 5 присоединен к одному из плеч вибратора 3 посредством перемычки 6, и согласующий печатный элемент 7. The proposed device (figure 1) placed on the dielectric 1, contains a symmetrical strip line, the outer conductors 2 of which are connected at one end to the shoulders of the vibrator 3, from the other end to the screen 4, while the inner conductor of the symmetrical strip line 5 is connected to one of shoulders of the vibrator 3 by means of a jumper 6, and a matching printed element 7.

Широкополосный симметричный вибратор в печатном исполнении работает следующим образом. СВЧ сигнал подается на внутренний проводник питающей линии 5 и через перемычку 6 поступает на первое плечо вибратора, а также, через четвертьволновый короткозамкнутый шлейф, образованный симметричной двухпроводной линий передачи с лицевой связью, на второе плечо вибратора. В результате чего по плечам вибратора 3 протекает синфазный ток, являющийся источником электромагнитного поля. Плечи и четвертьволновый короткозамкнутый шлейф образуют эквивалентную двухконтурную систему. Эффект улучшения согласования достигается за счет применения согласующего печатного элемента 7, по которому протекают токи и наводится электромагнитное поле воздействующее на плечи вибратора и образуется эффект третьего контура. Трехконтурная система при оптимальной настройке обеспечивает большую полосу рабочих частот.Broadband symmetrical vibrator in the printed version works as follows. The microwave signal is fed to the inner conductor of the supply line 5 and through the jumper 6 goes to the first arm of the vibrator, and also, through a quarter-wave short-circuited loop formed by a symmetrical two-wire transmission line with front connection, to the second arm of the vibrator. As a result, a common-mode current flows along the shoulders of the vibrator 3, which is the source of the electromagnetic field. The arms and the quarter-wave short-circuited loop form an equivalent two-loop system. The effect of improving matching is achieved through the use of a matching printed element 7, through which currents flow and an electromagnetic field is induced that acts on the shoulders of the vibrator and the effect of the third circuit is formed. The three-circuit system, when optimally tuned, provides a large bandwidth of operating frequencies.

Сравнение заявляемого устройства с известными показывает, что заявляемое устройство имеет следующие отличительные особенности:Comparison of the claimed device with known ones shows that the claimed device has the following distinctive features:

- согласующий печатный элемент расположен на внутренней стороне диэлектрика (позволяет подключать плечи вибратора различной геометрической формы)- the matching printed element is located on the inner side of the dielectric (allows you to connect the shoulders of the vibrator of various geometric shapes)

- минимальное реактивное сопротивление в широкой полосе частот- minimum reactance in a wide frequency band

Пример реализации устройства для работы в дециметровом диапазоне волн: плечи вибратора выполнены в виде диполя (толщина материала равна 0,1 мм), длина плеча 36,2мм, ширина полосковой линии 6мм. Размеры экрана 100х100мм. An example of the implementation of a device for operation in the decimeter wave range: the vibrator arms are made in the form of a dipole (the material thickness is 0.1 mm), the arm length is 36.2 mm, the width of the strip line is 6 mm. Screen size 100x100mm.

Макет широкополосного вибратора имеет рабочую полосу частот по уровню КСВН=1,5 порядка 38% от средней частоты (по уровню КСВН=2 порядка 43% от средней частоты) (Фиг.2). Коэффициент усиления КУ=7.6 дБ (Фиг.3, Фиг.4). The layout of the broadband vibrator has an operating frequency band at the level of VSWR=1.5 of the order of 38% of the average frequency (at the level of VSWR=2 of the order of 43% of the average frequency) (Figure 2). Gain KU=7.6 dB (Figure 3, Figure 4).

Claims (1)

Широкополосный симметричный вибратор в печатном исполнении, выполненный на подложке, содержащей экран, двухпроводную симметричную линию, образующую короткозамкнутый шлейф, который с одной стороны подключен к плечам вибратора, с другой - к экрану, питающую линию, плечи вибратора и питающие проводники короткозамкнутого шлейфа расположены на разных сторонах подложки, при этом питающая линия выполнена в виде симметричной полосковой линии, внутренний проводник которой присоединен к одному из плеч вибратора посредством перемычки, а экран установлен перпендикулярно подложке, отличающийся тем, что введен согласующий печатный элемент, расположенный на внутренней части подложки, над плечами вибратора, образующий трехконтурную систему.Broadband printed symmetrical vibrator, made on a substrate containing a screen, a two-wire symmetrical line forming a short-circuited loop, which is connected to the vibrator arms on one side, and to the screen on the other, the power line, the vibrator arms and the power conductors of the short-circuited loop are located on different sides of the substrate, while the supply line is made in the form of a symmetrical strip line, the inner conductor of which is connected to one of the arms of the vibrator by means of a jumper, and the screen is installed perpendicular to the substrate, characterized in that a matching printed element is inserted located on the inner part of the substrate, above the arms of the vibrator , forming a three-loop system.
RU2021116182A 2021-06-04 2021-06-04 Broadband symmetrical vibrator in printed design RU2768530C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116182A RU2768530C1 (en) 2021-06-04 2021-06-04 Broadband symmetrical vibrator in printed design

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021116182A RU2768530C1 (en) 2021-06-04 2021-06-04 Broadband symmetrical vibrator in printed design

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2768530C1 true RU2768530C1 (en) 2022-03-24

Family

ID=80819416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021116182A RU2768530C1 (en) 2021-06-04 2021-06-04 Broadband symmetrical vibrator in printed design

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2768530C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU215111U1 (en) * 2022-03-29 2022-11-29 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие оборудования систем телекоммуникаций" ROLL TV ANTENNA

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7324059B2 (en) * 2005-08-19 2008-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institiute Stub printed dipole antenna (SPDA) having wide-band and multi-band characteristics and method of designing the same
US8130164B2 (en) * 2007-09-20 2012-03-06 Powerwave Technologies, Inc. Broadband coplanar antenna element
RU191904U1 (en) * 2018-12-12 2019-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Broadband Microstrip Dipole Antenna
RU2717573C1 (en) * 2019-06-19 2020-03-24 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Dipole vibrator in printed form

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7324059B2 (en) * 2005-08-19 2008-01-29 Electronics And Telecommunications Research Institiute Stub printed dipole antenna (SPDA) having wide-band and multi-band characteristics and method of designing the same
US8130164B2 (en) * 2007-09-20 2012-03-06 Powerwave Technologies, Inc. Broadband coplanar antenna element
RU191904U1 (en) * 2018-12-12 2019-08-28 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Broadband Microstrip Dipole Antenna
RU2717573C1 (en) * 2019-06-19 2020-03-24 Федеральное Государственное Бюджетное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Новосибирский Государственный Технический Университет" Dipole vibrator in printed form

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU215111U1 (en) * 2022-03-29 2022-11-29 Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие оборудования систем телекоммуникаций" ROLL TV ANTENNA

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zeng et al. A simple wideband magnetoelectric dipole antenna with a defected ground structure
US6281849B1 (en) Printed bi-polarization antenna and corresponding network of antennas
US10622716B1 (en) Balanced antenna
EP1684382A1 (en) Small ultra wideband antenna having unidirectional radiation pattern
US20050035919A1 (en) Multi-band printed dipole antenna
US20040017315A1 (en) Dual-band antenna apparatus
Chakravarthy et al. Comparative study on different feeding techniques of rectangular patch antenna
US7642981B2 (en) Wide-band slot antenna apparatus with constant beam width
CN110676575B (en) Miniaturized high-gain dual-frequency WIFI antenna
CN107394365A (en) The ultra wide band differential antennae of trap restructural
WO2019223318A1 (en) Indoor base station and pifa antenna thereof
EP3245690B1 (en) Dual-band inverted-f antenna with multiple wave traps for wireless electronic devices
Sreemathy et al. Design, analysis and fabrication of dual frequency distinct bandwidth slot loaded wash cotton flexible textile antenna for ISM band applications
Afzal et al. A tri-band H-shaped microstrip patch antenna for DCS and WLAN applications
Kim et al. Dual‐band LTCC chip antenna design using stacked meander patch for mobile handsets
RU2768530C1 (en) Broadband symmetrical vibrator in printed design
RU2717573C1 (en) Dipole vibrator in printed form
Wang et al. A wideband differential-fed slot antenna using integrated compact balun with matching capability
US20110080324A1 (en) Single-band antenna
Lee et al. Design and analysis of tapered slot antenna with 3.5/5.5 GHz band-notched characteristics
US20110181474A1 (en) Miniature three-dimensional antenna
William et al. CPW-Fed UWB slot antenna with cross like tuning stub
Haque et al. Slot Antenna Miniaturization with Equal Electrical Path Length Using Different Shape of Loops
KR102508317B1 (en) Folded Patch Antenna for Mobile Terminal
Dai et al. Dual-band low-profile planar antenna for mobile communication application