ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА СОТОВОЙ СВЯЗИ

April 12, 2012 by admin Комментировать »

Котов Ю. В., Камачо Перез Хосе Родриго Московский авиационный институт (государственный технический университет) МАИ Волоколамское шоссе, д. 4, Москва – 125871, Россия Тел.: +7(095) 158 4740 e-mail: jrcp2003@hotmail. сот

Аннотация – Рассматривается широкополосная печатная антенна для сотовой связи, работающая в полосе частот 0,5…4,0 ГГц на круговой поляризации. Приводятся расчётные и экспериментальные характеристики этой антенны, обеспечивающей согласование с подводящей 50-0мной линией в рабочей полосе частот. Обсуждаются конкретные конструктивные реализации печатного микрополоскового излучателя.

I.  Введение

При разработке антенн для аппаратов сотовой связи предъявляются весьма жесткие требования по обеспечению заданных электродинамических характеристик при минимальных массогабаритных параметрах в плоском конструктивном варианте исполнения. С расширением частотной зоны обслуживания сотовых и появлением новых цифровых стандартов, работающих на нескольких двух, трёх и более разнесённых частотах появляется необходимость в разработке широкополосных печатных малогабаритных антенных излучателей [1,2]. Именно этой актуальной теме посвящена настоящая работа, где рассматривается широкополосный малогабаритный излучатель, работающий в диапазоне частот от 0,5 до 4 ГГц.

II.  Основная часть

Рассматривается широкополосная антенна бегущей волны с подвесной пластиной в виде кольцевого сектора и двумя наклонными пространственными переходами (см. рис. 1). В антенне реализован режим бегущей волны с фазовым набегом 1° поля ближней зоны на 1° поворота дуги сектора, что преимущественно соответствует угловой зависимости излученного поля от азимутального угла ср ви-

,+imcp                  А

дае с т-1, при которой поле на оси антенны отлично от нуля.

Рис. 1. Кольцевая секторная антенна.

Fig.1. Annular Sector Antenna

Антенна может излучать и принимать поле с круговой поляризацией любого направления вращения при возбуждении одного из входов и соединении другого с согласованной нагрузкой. При одновременном возбуждении обоих входов соответствующими комплексными сигналами возможна реализация режима с любой поляризацией.

Антенна возбуждается зондами 50-омных коаксиальных кабелей диаметром 2,16 мм через воздушный зазор высотой 0,75 мм. Малые площадки на пространственных переходах в точках возбуждения служат для подстройки реактивного сопротивления зондов. Форма и угол наклона пространственных переходов к экранной плоскости выбраны так, что отношение локальной их ширины w(x) к соответствующей высоте h(x) над экранной плоскостью (медной пластине толщиной 0,81 мм) остается постоянным вдоль всей длины 20 мм, необходимым для реализации 50-0много характеристического сопротивления линии. Расширяющиеся участки между кольцевым сектором и краями пространственных переходов необходимы для сохранения постоянства 50-0много сопротивления, поскольку отношение ширины к высоте у кольцевого сектора меньше, чем у прямолинейной микрополосковой линии при равных характеристических сопротивлениях.

Исследованы шесть антенн указанного вида с R-35 мм и различными комбинациями значений параметров (R-r), h, w, I, R’r, w/h, (R-r)/h, рассчитанными на частоту 2,0 ГГц, размеры которых приведены в табл. 1.

Таблица 1.

Геометрические параметры антенн

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 полосы Af по критерию входного импеданса в режиме бегущей волны весьма велика и не лимитирует рабочую полосу антенн. Например, у антенны №4 входной импеданс остается практически неизменным в диапазоне 0,5…4,0 ГГц. В зависимости от приложения определяющими рабочую полосу частот факторами могут быть, например, изменения аксиального отношения, коэффициента усиления в направлении нормали к плоскости антенны или отклонение максимума диаграммы направленности (ДН) от нормали. Так, аксиальное отношение т меньше 0,5 дБ в направлении нормали для частот

2,0.            ..2,6 ГГц и не превосходит 2,5дБ в секторе углов Ав, для которых ДН(0)/ДНМах ^ 0,5. Типичные значения Ав для рассмотренных параметров составили 65° для / =2,0 ГГц и около 60° для / =2,6 ГГц. По критерию |от(9)/от(0) | <2,5 дБ полоса частот Afjf~ 30%.

Асимметрия ДН относительно нормали (0=0°) максимальна в плоскости, перпендикулярной плоскости симметрии антенны. В этой плоскости угол наклона максимума ДН (равный среднему значению углов в точках половинной мощности) для антенны №5 составил 6° на частоте 1,9 ГГц в одну сторону от нормали и около 15° на частоте 2,6 ГГц в противоположную сторону.

В табл. 2 представлены значения эффективности излучения г| (пропорционального коэффициенту усиления (КУ) в направлении в=0°) этой же антенны от частоты

где Ризл/Рвх – доля излученной мощности, Ро/Рт – отношение мощностей в направлениях нормали и максимума ДН. Третий множитель характеризует долю мощности с желаемым направлением вращения поляризации.

Таблица 2.

Характеристики излучения антенны № 5

Table 2.

Radiation Characteristics of antenna # 5

/

ГГц

Излученная

мощность

%

Аксиальное

отношение

/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 выборе конструктивных параметров антенны полезна приведенная в табл. 1 зависимость величины (R-r)/h от R/r для длинной линии в виде кольцевого сектора с характеристическим сопротивлением 50 Ом (рис. XX). Для R/r>3,0 наилучшие результаты получается при (R-r)/h = 3,5.

III.  Заключение

Разработана и экспериментально измерена широкополосная невиступающая микрополосковая антенна для аппаратов сотовой связи, работающая в полосе 0,5…4 ГГц, определенной по уровню КСВН<2. Показана возможность согласования антенны либо с 50-0мным, либо с другим значением волнового сопротивления кабелем.

IV. Список литературы

[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]    Завадский В. А., Лось В. Ф., Шаманов, А. Н. Однослойные широкополосные микрополосковые антенны. – Антенны, 1999, вып. 2(43), с 21-25.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты