Котов Ю. В., Камачо Перез Хосе Родріго Московський авіаційний інститут (державний технічний університет) МАІ Волоколамское шосе, д. 4, Москва – 125871, Росія Тел.: +7 (095) 158 4740 e-mail: jrcp2003 @ hotmail. сот

Анотація – Розглядається широкосмугова друкована антена для стільникового зв’язку, що працює в смузі частот 0,5 … 4,0 ГГц на кругової поляризації. Наводяться розрахункові та експериментальні характеристики цієї антени, що забезпечує узгодження з підводить 50-0мной лінією в робочій смузі частот. Обговорюються конкретні конструктивні реалізації друкованого микрополосковой випромінювача.

I. Вступ

При розробці антен для апаратів стільникового зв’язку пред’являються дуже жорсткі вимоги по забезпеченню заданих електродинамічних характеристик при мінімальних масогабаритних параметрах в плоскому конструктивному варіанті виконання. З розширенням частотної зони обслуговування стільникових і появою нових цифрових стандартів, що працюють на декількох двох, трьох і більше рознесених частотах з’являється необхідність в розробці широкосмугових друкованих малогабаритних антенних випромінювачів [1,2]. Саме цій актуальній темі присвячена справжня робота, де розглядається широкосмуговий малогабаритний випромінювач, працює в діапазоні частот від 0,5 до 4 ГГц.

II. Основна частина

Розглядається широкосмугова антена біжучої хвилі з підвісною пластиною у вигляді кільцевого сектора і двома похилими просторовими переходами (див. рис. 1). В антені реалізований режим біжучої хвилі з фазовим набігом 1 ° поля ближньої зони на 1 ° повороту дуги сектора, що переважно відповідає кутовий залежності випроміненого поля від азимутального кута ср ви-

,+imcp                  А

дае з т-1, при якій поле на осі антени відмінно від нуля.

Рис. 1. Кільцева секторна антена.

Fig.1. Annular Sector Antenna

Антена може випромінювати і приймати поле з круговою поляризацією будь-якого напрямку обертання при порушенні одного з входів і з’єднанні іншого з узгодженої навантаженням. При одночасному порушенні обох входів відповідними комплексними сигналами можлива реалізація режиму з будь поляризацією.

Антена збуджується зондами 50-омних коаксіальних кабелів діаметром 2,16 мм через повітряний зазор висотою 0,75 мм. Малі майданчики на просторових переходах в точках порушення служать для підстроювання реактивного опору зондів. Форма і кут нахилу просторових переходів до екранної площини вибрані так, що ставлення локальної їх ширини w (x) до відповідної висоті h (x) над екранної площиною (Мідній пластині товщиною 0,81 мм) залишається постійним уздовж всієї довжини 20 мм, необхідним для реалізації 50-0много характеристичного опору лінії. Розширюються ділянки між кільцевим сектором і краями просторових переходів необхідні для збереження сталості 50-0много опору, оскільки відношення ширини до висоти у кільцевого сектора менше, ніж у прямолінійною микрополосковой лінії при рівних характеристичних опорах.

Досліджено шість антен зазначеного виду з R-35 мм і різними комбінаціями значень параметрів (Rr), h, w, I, R’r, w / h, (Rr) / h, розрахованими на частоту 2,0 ГГц, розміри яких наведені в табл. 1.

Таблиця 1.

Геометричні параметри антен

Table 1.

Geometrical parameters of the proposed antennas

Ант.

R-r

(См)

h

(См)

W

(См)

L

(См)

R/r

(R-r)/h

w/h

1

1,50

0,35

17

1,0

1,75

4,30

4,80

2

2,10

0,55

2,6

1,0

2,50

3,80

4,70

3

2,30

0,65

3,0

0,8

2,92

3,50

4,60

4

2,55

0,70

3,3

0,8

3,68

3,60

4,70

5

2,70

0,80

3,8

0,8

4,38

3,40

4,70

6

3,00

1,05

4,0

0,5

7,0

2,90

3,80

Ширина смуги Af за критерієм вхідного імпедансу в режимі біжучої хвилі дуже велика і не лімітує робочу смугу антен. Наприклад, у антени № 4 вхідний імпеданс залишається практично незмінним в діапазоні 0,5 … 4,0 ГГц. В залежності від програми визначальними робочу смугу частот факторами можуть бути, наприклад, зміни аксіального відносини, коефіцієнта посилення в напрямку нормалі до площини антени або відхилення максимуму діаграми спрямованості (ДН) від нормалі. Так, аксіальне ставлення т менше 0,5 дБ в напрямку нормалі для частот

2,0 … 2,6 ГГц і не перевершує 2,5 дБ в секторі кутів Ав, для яких ДН ( 0) / ДНМах ^ 0,5. Типові значення Ав для розглянутих параметрів склали 65 ° для / = 2,0 ГГц і близько 60 ° для / = 2,6 ГГц. За критерієм | від (9) / від (0) | <2,5 дБ смуга частот Afjf ~ 30%.

Асиметрія ДН щодо нормалі (0 = 0 °) максимальна в площині, перпендикулярній площині симетрії антени. В цій площині кут нахилу максимуму ДН (рівний середньому значенню кутів в точках половинній потужності) для антени № 5 склав 6 ° на частоті 1,9 ГГц в одну сторону від нормалі і близько 15 ° на частоті 2,6 ГГц в протилежну сторону.

У табл. 2 представлені значення ефективності випромінювання г | (пропорційного коефіцієнту посилення (КУ) в напрямку в = 0 °) цієї ж антени від частоти

де Різл / Рвх – частка излученной потужності, Ро / Рт – відношення потужностей в напрямках нормалі і максимуму ДН. Третій множник характеризує частку потужності з бажаним напрямом обертання поляризації.

Таблиця 2.

Характеристики випромінювання антени № 5

Table 2.

Radiation Characteristics of antenna # 5

/

ГГц

Випроменена

потужність

%

Аксіальне

ставлення

/77(6=0°)

ДБ

Л

ДБ

1,9

38

1,0

35

2,05

45

0,5

42

2,1

50

0,5

47

2,2

64

0,25

60

2,4

71

0,25

67

2,6

77

1,0

60

BROAD-BAND ANTENNA FOR CELLULAR COMMUNICATIONS

Kotov, Y. V., Camacho Perez J. R.

Moscow Aviation Institute (State Technical University) Volokolamskoe 4, Moscow, 125993, Russia tel: +7(095) 158 4 740 e-mail: jrcp2003@hotmail. com

Abstract – A printed microstrip antenna in the rage of 0.5- 4Ghz for cellular communications is presented. Design and measured radiating parameters are also shown.

I.  Introduction

The design of antennas for cellular communications requires to strictly ensure the electromagnetic requirements for the achievement of flat and light antenna structures. With the advent of new cellular communication standards the requirement for broad-band printed microstrip antennas is increasing [1, 2]. In response to this demand, it is presented a broad-band microstrip antenna radiating in the range of 0.5 GHz to 4 GHz.

II.  Conclusion

Designed and measured parameters of a broad-band, low- profile microstrip antenna were presented. The antenna is intended for cellular communications and radiates in the range of

0.            5GHz to 4GHz. The antenna can be designed for 50Q or different impedance.

III.  References

[1]   Drewniak, James L., Mayes, Paul E. ANSERLIN: A Broad- Band, Low-Profile, Circularly Polarized Antenna, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 37, No. 3, March 1989.

[2]   Zavadski V.A., Los V.F., Shamanov A.N. «Broad-Band, single layer microstrip antenna», Antennas, 1999, No. 2 (43), pp. 21-25.

При виборі конструктивних параметрів антени корисна наведена в табл. 1 залежність величини (Rr) / h від R / r для довгої лінії у вигляді кільцевого сектора з характеристичним опором 50 Ом (рис. XX). Для R / r> 3,0 найкращі результати виходить при (Rr) / h = 3,5.

III. Висновок

Розроблена та експериментально виміряна широкосмугова невіступающая микрополосковая антена для апаратів стільникового зв’язку, що працює в смузі 0,5 … 4 ГГц, визначеної за рівнем КСХН <2. Показана можливість узгодження антени або з 50-0мним, або з іншим значенням хвильового опору кабелем.

IV. Список літератури

[1]   Drewniak, James L., Mayes, Paul E. “ANSERLIN: A Broad- Band, Low-Profile, Circularly Polarized Antenna”, IEEE Transactions on Antennas and Propagation, Vol. 37, No. 3, March 1989.

[2] Завадський В. А., Лось В. Ф., Шаманов, А. Н. Одношарові широкосмугові мікрополоскових антени. – Антени, 1999, вип. 2 (43), з 21-25.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»