МЕТОДЫ МИНИАТЮРИЗАЦИИ МИКРОПОЛОСКОВЫХ АНТЕНН Махалов П.С.,Мительман Ю.Е.

Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина


Номер: 3-1
Год: 2015
Страницы: 54-59
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

миниатюризация, микрополосковая антенна, диэлектрическая проницаемость, планарная инвертированная F-антенна, miniaturization, microstrip antenna, permittivity, planar inverted F-antenna

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

В данной статье рассматриваются основные методы миниатюризации микрополосковых антенн (МПА), применение которых находит большое применение в мобильных устройствах. Приводится сравнение добротности МПА и миниатюризированной МПА относительно предела Q .

Текст научной статьи

В настоящее время мобильные устройства все больше становятся частью нашей повседневной жизни. С каждым годом все растет количество встроенных беспроводных многодиапазонных модулей в мобильных устройствах. Проектирование данных устройств представляет собой сложную задачу: необходимо обеспечить работу антенн на требуемых частотах; необходимо обеспечить развязку между ними при достаточно малых размерах. Для решения этой задачи используют малогабаритные микрополосковые антенны с закорачивающей стенкой, называемые планарные инвертированные (повернутые) F антенны (PIFA). Данные антенны обладают достаточно широкой полосой рабочих частот (до 10% от резонансной частоты), высокой эффективностью (до 65%), сравнительно малыми габаритами и поддержкой многодиапозонности. Основными методами миниатюризации микрополосковых антенн является: 1) использование подложки с высоким значением диэлектрической проницаемости; 2) использование в качестве нагрузки сосредоточенные элементы; 3) использование закорачивающей пластины. Рассмотрим конструкцию PIFA антенны, показанной в [1]. Планарные антенны обычно состоят из полосковых прямоугольных элементов, расположенных выше по отношению к горизонту плоскости экрана, с закорачивающей пластиной на торце и подводящей снизу через экран линией передачи. Рис. 1. Конструкция PIFA антенны При равенстве W и L резонансный размер описывается следующим выражением: (1) Как было показано в [1] добротность по найденной частотной зависимости КСВ определяется как: (2) Моделирование будем производить в среде Ansoft HFSS v.14 на частоте 1 ГГц без диэлектрического заполнения и зададимся высотой, равной 5 мм. Рис. 2. Модель планарной инвертированной F-антенны После оптимизации по резонансному размеру радиус сферы[1], окружающей PIFA антенну составляют 68,184 мм. Предельное значение добротности [1] для данной антенны равно, . Из соотношения (2) определим добротность относительно полосы рабочих частот по уровню . Для данной модели, показанной на рис. 1 добротность составляет . Рис. 3.1 Частотная зависимость КСВ Для уменьшения текущего размера PIFA антенн используют [2] следующие конструкции: а б Рис. 4. Конструкции малогабаритных PIFA антенн Проведем моделирование для конструкции (а) по аналогии с предыдущим вариантом. Рис. 5. Модель (а) планарной инвертированной F-антенны Рис. 6. Частотная зависимость КСВ Для полученной модели радиус сферы равен мм, а предельное значение добротности составляет, . По представленной частотной зависимости КСВ определим добротность. Добротность составляет . Теперь проведем моделирование для конструкции рис.4(б): Рис. 7. Модель (б) планарной инвертированной F-антенны Рис. 8. Частотная зависимость КСВ Предельное значение добротности составляет, , а добротность по частотной зависимости . Результаты расчета добротности для всех конструкций объединим в табл. 1. Таблица 1 № конфигурации PIFA антенны Предельная добротность Добротность 1 1,042 33,463 2 1,52 86,861 3 1,984 226,805 Таким образом, были рассмотрены методы миниатюризации МПА, в частности использование закорачивающей пластины, позволяющей сократить габариты МПА в два раза. Также были рассмотрены частные случаи использования закорачивающей пластины, результаты, проведения которых показаны выше. Несоответствие изменения добротности рассмотренных конструкций по отношению к рассчитанному предельному значения добротности можно объяснить тем, что габариты рассмотренных конструкций PIFA антенн не сильно изменяются, в отличии от полосы рабочих частот.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.