RU217561U1 - Multilayer Dual Band Omnidirectional Printed Antenna - Google Patents
Multilayer Dual Band Omnidirectional Printed Antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU217561U1 RU217561U1 RU2023106359U RU2023106359U RU217561U1 RU 217561 U1 RU217561 U1 RU 217561U1 RU 2023106359 U RU2023106359 U RU 2023106359U RU 2023106359 U RU2023106359 U RU 2023106359U RU 217561 U1 RU217561 U1 RU 217561U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- board
- wavelengths
- dielectric
- dipoles
- printed circuit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в сотовой связи поколений 2-5G в качестве элемента всенаправленной антенной решётки; как самостоятельное приёмо-передающее устройство, для построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi, а также для обеспечения связи с различными подвижными объектами. Заявленная многослойная двухдиапазонная всенаправленная печатная антенна состоит из трёх печатных плат. На первой печатной плате с каждой стороны расположено по четыре F-образных излучателя. Они возбуждаются с помощью высокочастотного разъёма: центральный проводник подключается к F-образным излучателям на верхней стороне платы, а внешний проводник подключается к F-образным излучателям на нижней стороне платы. Вторая печатная плата содержит восемь пассивных аркообразных диполей, расположенных по двум окружностям разного диаметра: в окружности меньшего диаметра находятся диполи с большей длиной и шириной. Третья печатная плата содержит массив из 45 ячеек. Каждая ячейка представляет собой две квадратные разомкнутые рамки, вложенные друг в друга. Пассивные диполи второй платы и массив ячеек третьей платы возбуждаются с помощью электромагнитного поля, создаваемого первой печатной платой. С помощью специальных диэлектрических втулок и шайб, устанавливаемых в отверстия по краям платы, обеспечиваются зазоры между печатными платами. Благодаря уникальной конструкции многослойная двухдиапазонная всенаправленная печатная антенна излучает и принимает радиосигналы в двух широких диапазонах частот и обладает повышенным коэффициентом усиления в этих диапазонах. 2 ил. The utility model relates to antenna technology and can be used in cellular communications of generations 2-5G as an element of an omnidirectional antenna array; as an independent transceiver, for building wireless local Wi-Fi networks, as well as for providing communication with various moving objects. The claimed multilayer dual-band omnidirectional printed antenna consists of three printed circuit boards. On the first printed circuit board, four F-shaped emitters are located on each side. They are driven by a high frequency connector: the center conductor is connected to the F-radiators on the top side of the board, and the outer conductor is connected to the F-radiators on the bottom side of the board. The second printed circuit board contains eight passive arc-shaped dipoles located along two circles of different diameters: in a circle of a smaller diameter there are dipoles with a greater length and width. The third circuit board contains an array of 45 cells. Each cell is two square open frames nested inside each other. Passive dipoles of the second board and the cell array of the third board are excited by the electromagnetic field generated by the first printed circuit board. With the help of special dielectric bushings and washers installed in holes along the edges of the board, gaps are provided between printed circuit boards. Due to its unique design, the multi-layer dual-band omnidirectional printed antenna transmits and receives radio signals in two wide frequency bands and has an increased gain in these bands. 2 ill.
Description
Полезная модель относится к антенной технике и может использоваться для приёма и передачи радиосигнала с горизонтальной поляризацией во всех направлениях в азимутальной плоскости, в различных радиотехнических системах, в качестве элемента всенаправленной антенной решётки сотовой связи поколений 2-5G, для построения беспроводных локальных сетей Wi-Fi, для обеспечения связи с различными объектами.The utility model relates to antenna technology and can be used to receive and transmit a radio signal with horizontal polarization in all directions in the azimuthal plane, in various radio engineering systems, as an element of an omnidirectional antenna array of cellular communication generations 2-5G, to build wireless Wi-Fi local networks , to provide communication with various objects.
Из уровня техники известна широкополосная всенаправленная печатная антенна, работающая в Е-плоскости, описанная в статье G.G. Zhang, H. Zhang, Z.L. Yuan, Z.M. Wang, D. Wang, A novel broadband E-plane omni-directional planar antenna, Journal of Electromagnetic Waves and Applications (2010), doi: 10.1163/156939310791036296. Она состоит из диэлектрической подложки, на которой располагается кольцевая антенная решётка из четырёх излучателей. Каждый излучатель состоит из двух расположенных с разных сторон диэлектрической подложки диполей в виде изогнутых по дуге проводников и линий питания. Диполи на верхней и нижней сторонах платы возбуждаются равноамплитудно и синфазно высокочастотным разъёмом.The prior art broadband omnidirectional printed antenna operating in the E-plane, described in the article G.G. Zhang, H. Zhang, Z.L. Yuan, Z.M. Wang, D. Wang, A novel broadband E-plane omni-directional planar antenna, Journal of Electromagnetic Waves and Applications (2010), doi: 10.1163/156939310791036296. It consists of a dielectric substrate on which an annular array of four emitters is located. Each emitter consists of two dipoles located on different sides of the dielectric substrate in the form of arc-curved conductors and power lines. The dipoles on the top and bottom sides of the board are excited with equal amplitude and in-phase by a high-frequency connector.
Известна двухдиапазонная всенаправленная печатная антенна с комбинированным возбуждением, принятая за прототип (патент RU 210380 U1, МПК H01Q 5/00). Устройство, содержащее первую диэлектрическую подложку, на обеих сторонах которой расположено по четыре F-образных излучателя, образующих кольцевую антенную решётку, и вторую диэлектрическую подложку, на верхней стороне которой напечатано восемь пассивных аркообразных диполей, расположенных по двум окружностям различного диаметра. При этом пассивные диполи на верхней диэлектрической подложке находятся над плечами F-образных излучателей, расположенных на нижней диэлектрической подложке. Антенная решётка из F-образных излучателей возбуждается высокочастотным разъёмом, внешний проводник которого подключен к круглому электроду, соединяющему F-образные излучатели на нижней стороне первой диэлектрической подложки, а центральный проводник подключен к круглому электроду, соединяющему F-образные излучатели на верхней стороне платы. Пассивные аркообразные диполи возбуждаются электромагнитным полем, создаваемым излучающими элементами на нижней диэлектрической подложке.Known dual-band omnidirectional printed antenna with combined excitation, taken as a prototype (patent RU 210380 U1, IPC
Недостатком описанных выше аналога и прототипа является низкий коэффициент усиления в рабочих диапазонах частот. Это объясняется тем, что излучающие элементы имеют невысокий коэффициент усиления.The disadvantage of the above-described analogue and prototype is the low gain in the operating frequency ranges. This is due to the fact that the radiating elements have a low gain.
Техническая задача, решаемая полезной моделью, заключается в увеличении коэффициента усиления антенны в двух диапазонах частот.The technical problem solved by the utility model is to increase the antenna gain in two frequency bands.
Технический результат достигается за счет того, что многослойная двухдиапазонная всенаправленная печатная антенна, содержащая первую диэлектрическую плату, на нижней и верхней сторонах которой размещено по четыре F-образных излучателя, повёрнутых друг относительно друга на 90°, каждый из которых содержит линию питания в виде сектора окружности 5° и два изогнутых проводника, длины которых заданы длинами дуг, опирающимися на углы 39,3° и 40°, линии питания F-образных излучателей подключены к высокочастотному разъему; вторую диэлектрическую плату, расположенную над первой, содержащую восемь пассивных диполей, четыре из которых с длиной, заданной длиной дуги, опирающейся на угол 70°, расположены по окружности радиусом L3, а другие четыре с длиной, заданной длиной дуги, опирающейся на угол 43°, размещены по окружности радиусом L4, причём L4 больше L3; платы крепятся друг над другом с зазором с помощью диэлектрических втулок и шайб, согласно полезной модели, длина линии питания каждого F-образного излучателя, расположенного на первой диэлектрической плате, составляет 0,22 длины волны, а изогнутые проводники разнесены по линии питания на расстояние 0,045 длины волны и имеют ширину 0,032 и 0,011 длины волны; ширина диполей, расположенных на второй диэлектрической плате, составляет 0,016 и 0,021 длины волны; антенна дополнительно содержит третью печатную плату, на которой размещён массив из 45 ячеек, каждая из которых состоит из двух квадратных разомкнутых рамок, вложенных одна в другую и перевёрнутых одна относительно другой на 180°, с размерами сторон 0,044 и 0,03 длины волны, с вырезами в рамках и зазорами между рамками внутри одной ячейки 0,004 длины волны, причём расстояние между соседними ячейками составляет 0,03 длины волны; зазор между первой и второй диэлектрическими платами составляет 0,016 длины волны, а между второй и третьей диэлектрическими платами составляет 0,063 длины волны; внешний проводник высокочастотного разъёма замкнут на круглую площадку, диаметром 0,064 длины волны, а центральный проводник замкнут на круглую площадку диаметром 0,032 длины волны.The technical result is achieved due to the fact that a multilayer dual-band omnidirectional printed antenna containing the first dielectric board, on the lower and upper sides of which there are four F-shaped radiators, rotated relative to each other by 90 °, each of which contains a power line in the form of a
Техническим результатом полезной модели является увеличение коэффициента усиления антенны в обоих диапазонах частот.The technical result of the utility model is to increase the gain of the antenna in both frequency ranges.
Увеличение коэффициента усиления многослойной двухдиапазонной всенаправленной печатной антенны объясняется тем, что она содержит третью печатную плату, на которой размещен массив ячеек, состоящих из квадратных рамок, каждая из разомкнутых квадратных рамок в ячейке возбуждается электромагнитным полем, создаваемым кольцевой антенной решёткой из F-образных излучателей и пассивными диполями. Рамка большего размера резонирует на частоте близкой к первому диапазону (1,64…2,35 ГГц), а рамка меньшего размера резонирует на частоте, близкой ко второму диапазону частот (4,24…4,94 ГГц). Количество ячеек напрямую влияет на величину коэффициента усиления антенны.The increase in the gain of a multilayer dual-band omnidirectional printed antenna is explained by the fact that it contains a third printed circuit board, on which an array of cells consisting of square frames is placed, each of the open square frames in the cell is excited by an electromagnetic field created by an annular antenna array of F-shaped radiators and passive dipoles. The larger frame resonates at a frequency close to the first frequency range (1.64...2.35 GHz), while the smaller frame resonates at a frequency close to the second frequency range (4.24...4.94 GHz). The number of cells directly affects the value of the antenna gain.
Полезная модель поясняется рисунками (фиг. 1, 2), где на фиг. 1 приведена конструкция многослойной двухдиапазонной всенаправленной печатной антенны в изометрии; на фиг. 2 показаны: вид на многослойную антенну сбоку, нижняя и верхняя сторона диэлектрической платы 1, диэлектрическая плата 2, диэлектрическая плата 3.The utility model is illustrated by drawings (Fig. 1, 2), where in Fig. 1 shows the design of a multilayer dual-band omnidirectional printed antenna in isometry; in fig. 2 shows: side view of the multilayer antenna, bottom and top side of
Полезная модель состоит из трёх диэлектрических плат 1, 2 и 3 (фиг. 1). Диэлектрическая плата 1 содержит на верхней и нижней сторонах по четыре F-образных излучателя 4, размещённых друг над другом с угловым шагом в 90°, каждый из которых состоит из линии питания 5 длиной L1 - 0,22λ, форма которой задана сектором окружности с углом 5°, и двух проводников 6 и 7, разнесённых по линии питания на расстояние L2 - 0,045λ, (λ - длина волны в воздухе), длина которых выражается длинами дуг, опирающимися на углы α1 и α2, равными 39,3° и 40° соответственно, а ширина проводников составляет 0,032λ и 0,011λ соответственно. Возбуждение излучателей на первой диэлектрической плате осуществляется с помощью высокочастотного разъёма 8 (фиг. 2), внешний проводник которого подключен к круглой площадке 9, которая имеет диаметр 0,064λ, а центральный проводник подключен к круглой площадке 10 диаметром 0,032λ. Диэлектрическая плата 2 содержит восемь пассивных аркообразных диполей 11 и 12, половина из которых располагается по окружности радиусом L3 - 0,15λ, а другая половина - по окружности радиусом L4 - 0,23λ. Пассивные диполи, размещённые по окружности радиусом L3, имеют длину, заданную длиной дуги, опирающейся на угол 70°, и ширину 0,021λ. Длина диполей, размещённых по окружности радиусом L4, задана длиной дуги, опирающейся на угол 43°, а их ширина составляет 0,016λ. Диэлектрическая плата 3 содержит массив из 45 ячеек 13, каждая из которых состоит из двух, вложенных друг в друга, разомкнутых квадратных рамок 14 и 15, причём одна из рамок перевёрнута относительно другой на 180°. Размер сторон рамок составляет s1=0,044λ и s2=0,03λ, вырез t для каждой из рамок и зазор g между вложенными друг в друга рамками составляет 0,004λ. Расстояние между соседними ячейками составляет 0,03λ. Воздушный зазор между диэлектрическими платами 1 и 2 составляет 0,016λ, а между платами 2 и 3 зазор равен 0,063λ. Платы крепятся друг над другом с помощью диэлектрических втулок 16 и шайб 17 (фиг. 1), вставляемых в отверстия 18, расположенные на каждой печатной плате.The utility model consists of three
Полезная модель работает следующим образом: при подаче радиосигнала на высокочастотный разъём 8 на F-образных излучателях 4, расположенных с обеих сторон платы 1, возникает электрический ток. Вблизи кольцевой антенной решётки из F-образных излучателей возникает электромагнитное поле, которое создаёт токи на пассивных диполях 11 и 12, расположенных на диэлектрической плате 2, и на ячейках метаповерхности, расположенной на диэлектрической плате 3. Кольцевая антенная решётка из F-образных излучателей работает в первом диапазоне частот, решётка из пассивных диполей работает во втором диапазоне частот, а метаповерхность увеличивает коэффициент усиления в обоих диапазонах частот. С помощью диэлектрических стержней 16 и шайб 17 устанавливается величина воздушных зазоров между диэлектрическими платами 1, 2 и 3. Изменяя высоту шайб 17, можно настроить величину коэффициента усиления антенны.The utility model works as follows: when a radio signal is applied to the high-
Пример. Конструкцию заявляемой многослойной двухдиапазонной всенаправленной печатной антенны можно выполнить из трёх пластин 1, 2, 3 (фиг. 1) фольгированного диэлектрика марки AD350A. На диэлектрической подложке 1 с каждой стороны расположено по четыре F-образных излучателя 4. Каждый излучатель состоит из линии питания 5 (фиг. 2) длиной 40 мм (L1) и двух изогнутых диполей 6 и 7, длина которых задаётся длинами дуг, опирающимися на углы 39,3º (α1) и 40º (α2) соответственно, а ширина составляет 5,9 мм (w1) и 2,1 мм (w2) соответственно. Величина, на которую плечи 6 и 7 разнесены по линии питания 5 (фиг. 2), составляет 8,3 мм (L2).Example. The design of the inventive multilayer dual-band omnidirectional printed antenna can be made of three
Решётка из F-образных излучателей возбуждается с помощью высокочастотного разъёма 8 (фиг. 2). Внешний проводник разъёма припаивается к круглой площадке 9 диаметром 11,7 мм (d1), а центральный проводник припаивается к круглой площадке 10 диаметром 5,8 мм (d2).The array of F-shaped radiators is excited using a high-frequency connector 8 (Fig. 2). The outer conductor of the connector is soldered to a
Печатная плата 2 содержит восемь пассивных полосковых диполей (фиг. 2), причём четыре диполя 11 расположены по окружности радиусом 42,4 мм (L4), а другие четыре диполя 12 расположены по окружности радиусом 28,3 мм (L3). Длина диполей 11 задаётся длиной дуги, опирающейся на угол 43º (β1), а их ширина составляет 2,9 мм (w3). Длина диполей 12 задаётся длиной дуги, опирающейся на угол 70º (β2), а их ширина составляет 3,9 мм (w4).The printed
Печатная плата 3 содержит массив из 45 ячеек 13 (фиг. 2). Каждая ячейка представляет собой две квадратные рамки 14, 15 (фиг. 2), вложенные друг в друга. Длина сторон рамок 14, 15 составляет 8 мм (s1) и 5,2 мм (s2) соответственно, величина выреза в каждой рамке составляет 0,7 мм (t), зазор между вложенными друг в друга рамками 0,7 мм (g). Расстояние между соседними ячейками (фиг. 2) составляет 5 мм (p).The printed
Воздушный зазор между диэлектрическими платами 1 и 2 (фиг. 2) составляет 3 мм (h1), а между платами 2 и 3 он равен 11,5 мм (h2). Платы крепятся друг над другом с помощью диэлектрических втулок 16 и шайб 17 (фиг. 1), вставляемых в отверстия 18, расположенные на каждой печатной плате.The air gap between
В заключении стоит отметить, что предлагаемая полезная модель ввиду оригинальной конструкции работает в двух широких диапазонах частот 35.5% и 15,3% (по уровню КСВН≤2) и обладает повышенным коэффициентом усиления в этих диапазонах.In conclusion, it should be noted that the proposed utility model, due to the original design, operates in two wide frequency ranges of 35.5% and 15.3% (in terms of VSWR≤2) and has an increased gain in these ranges.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU217561U1 true RU217561U1 (en) | 2023-04-05 |
Family
ID=
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9350078B2 (en) * | 2009-12-04 | 2016-05-24 | Nec Corporation | Structural body, printed substrate, antenna, transmission line waveguide converter, array antenna, and electronic device |
CN111541019A (en) * | 2020-04-25 | 2020-08-14 | 华南理工大学 | Low-profile vertical polarization high-gain omnidirectional antenna |
RU203390U1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | ZIGZAG ANTENNA WITH CIRCULAR POLARIZATION |
RU2755403C1 (en) * | 2021-02-05 | 2021-09-15 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") | Non-directional antenna of horizontal polarization |
RU210380U1 (en) * | 2022-01-13 | 2022-04-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") | Dual Band Omni Directional Combined Excitation Printed Antenna |
US20220384954A1 (en) * | 2019-11-14 | 2022-12-01 | Nissha Co., Ltd. | Cover with antenna function |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9350078B2 (en) * | 2009-12-04 | 2016-05-24 | Nec Corporation | Structural body, printed substrate, antenna, transmission line waveguide converter, array antenna, and electronic device |
US20220384954A1 (en) * | 2019-11-14 | 2022-12-01 | Nissha Co., Ltd. | Cover with antenna function |
CN111541019A (en) * | 2020-04-25 | 2020-08-14 | 华南理工大学 | Low-profile vertical polarization high-gain omnidirectional antenna |
RU203390U1 (en) * | 2020-12-14 | 2021-04-02 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт телевидения" | ZIGZAG ANTENNA WITH CIRCULAR POLARIZATION |
RU2755403C1 (en) * | 2021-02-05 | 2021-09-15 | Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Алмаз" имени академика А.А. Расплетина" (ПАО "НПО "Алмаз") | Non-directional antenna of horizontal polarization |
RU210380U1 (en) * | 2022-01-13 | 2022-04-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" (ФГАОУ ВО "ЮУрГУ (НИУ)") | Dual Band Omni Directional Combined Excitation Printed Antenna |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7202818B2 (en) | Multifrequency microstrip patch antenna with parasitic coupled elements | |
JP4675894B2 (en) | Wideband multidipole antenna with frequency independent radiation characteristics | |
CN106816695A (en) | Three frequency range high-gain omnidirectional dipole antennas | |
CN108039578B (en) | Omnidirectional antenna | |
CN107634322B (en) | Double-frequency high-gain omnidirectional antenna | |
US11228113B2 (en) | Wide-beam planar backfire and bidirectional circularly-polarized antenna | |
WO2014011119A1 (en) | Antenna enhancing structure for improving the performance of an antenna loaded thereon, antenna device and method of fabricating thereof | |
CN207474675U (en) | A kind of omnidirectional antenna | |
US6917346B2 (en) | Wide bandwidth base station antenna and antenna array | |
CN1659743B (en) | Essentially square broadband, dual polarised radiating element | |
Khaliq et al. | A high gain six band frequency independent dual CP planar log periodic antenna for ambient RF energy harvesting | |
Song et al. | Design of a high gain quasi-yagi antenna and array for rectenna | |
CN1663075A (en) | Double polarization dual-band radiating device | |
RU217561U1 (en) | Multilayer Dual Band Omnidirectional Printed Antenna | |
Jabbar et al. | Design of a 60 GHz microstrip antenna for multi-gigabit industrial communication in viewpoint of industry 4.0 | |
US11670859B1 (en) | Tri-band dual-polarized omnidirectional antenna | |
Sevskiy et al. | Ultra-broadband omnidirectional printed dipole arrays | |
Hong et al. | A High-Performance Radome for Millimeter Wave Antenna Applications | |
CN114069239A (en) | Broadband stable wide beam cavity oscillator antenna | |
Ghazizadeh et al. | 60 GHz omni-directional segmented loop antenna | |
Briqech et al. | Low-cost 60 GHz printed Yagi antenna array | |
RU210380U1 (en) | Dual Band Omni Directional Combined Excitation Printed Antenna | |
Wang et al. | A wideband omnidirectional antenna array | |
TWI464962B (en) | Hybrid multi-antenna system and wireless communication apparatus using the same | |
Sethi et al. | State-of-the-art antenna technology for cloud radio access networks (C-RANs) |