RU2485645C1 - Receiving antenna module - Google Patents
Receiving antenna module Download PDFInfo
- Publication number
- RU2485645C1 RU2485645C1 RU2012116590/08A RU2012116590A RU2485645C1 RU 2485645 C1 RU2485645 C1 RU 2485645C1 RU 2012116590/08 A RU2012116590/08 A RU 2012116590/08A RU 2012116590 A RU2012116590 A RU 2012116590A RU 2485645 C1 RU2485645 C1 RU 2485645C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- receiving antenna
- receiver
- printed conductor
- antenna module
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Waveguide Aerials (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике, а именно к активным антенным модулям, и может быть использовано для приема, усиления, фильтрации и первичной обработки радиосигналов, в частности в качестве приемного антенного модуля в аппаратуре пользователей космических навигационных систем (GPS, ГЛОНАСС/GPS/GALILEO), а также в качестве базового элемента цифровых активных решеток.The invention relates to radio engineering, in particular to active antenna modules, and can be used for receiving, amplifying, filtering and primary processing of radio signals, in particular as a receiving antenna module in the equipment of users of space navigation systems (GPS, GLONASS / GPS / GALILEO), as well as the basic element of digital active arrays.
С появлением миниатюрных микросборок навигационных GPS приемников появилась возможность создания приемных антенных модулей, включающих антенный элемент и микросхему (чипсет) приемника. Выдача сигнала на обработку в этом случае осуществляется в цифровом виде, что повышает помехоустойчивость всей аппаратуры [сайт www.gps-profi.ru/receiver.php - универсальный GPS-USB приемник JJ-Connect H-Sense, GlobalSat BU-353 USB GPS приемник, Altina GPS приемник GGM-309R (RS232), Altina GPS USB-приемник GGM-309U]. Имеется также большой класс GPS- USB приемников со встроенной антенной, в которых обмен с внешним устройством осуществляется по каналу Bluetooth [сайт www.gps-profi.ru/receiver.php - Bluetooth GPS приемники JJ-Connect Touch, GlobalSat BT-335, GlobalSat BT-338, GlobalSat BU-355, GlobalSat BT-359, GlobalSat BT-368, Altina GBT-709, Altina GGM-309U, Navitel RX200BT, eXtreme BTGPS001, Jet, Pocket Nature Solar GPS, SAVAN GSS (A), SAVAN GSS (B), Holux GR 236, Holux M 1200, Holux GPSlim GR-240, Holux GPS Gspase GS-R238, Royaltek Bluetooth GPS mini, Pretekc Bluetooth GPS mini, Rikaline 6030 Bluetooth GPS].With the advent of miniature microassemblies of GPS navigation receivers, it became possible to create receiving antenna modules including an antenna element and a receiver microcircuit (chipset). The signal for processing in this case is carried out in digital form, which increases the noise immunity of the entire equipment [site www.gps-profi.ru/receiver.php - universal GPS-USB receiver JJ-Connect H-Sense, GlobalSat BU-353 USB GPS receiver , Altina GPS receiver GGM-309R (RS232), Altina GPS USB receiver GGM-309U]. There is also a large class of GPS-USB receivers with a built-in antenna, in which the exchange with an external device is via Bluetooth [site www.gps-profi.ru/receiver.php - Bluetooth GPS receivers JJ-Connect Touch, GlobalSat BT-335, GlobalSat BT-338, GlobalSat BU-355, GlobalSat BT-359, GlobalSat BT-368, Altina GBT-709, Altina GGM-309U, Navitel RX200BT, eXtreme BTGPS001, Jet, Pocket Nature Solar GPS, SAVAN GSS (A), SAVAN GSS (B) Holux GR 236, Holux M 1200, Holux GPSlim GR-240, Holux GPS Gspase GS-R238, Royaltek Bluetooth GPS mini, Pretekc Bluetooth GPS mini, Rikaline 6030 Bluetooth GPS].
В последнее время появились миниатюрные микросборки (чипсеты) ГЛОНАСС/ GPS приемников, например ГЛОНАСС/GPS модули НАВИА® ML8088, NV08C-MCM, ГЕОС-3М, которые предназначены для вычисления текущих координат и скорости объекта в реальном масштабе времени в автономном режиме, формирования секундной метки времени и обмена с внешним оборудованием по последовательным портам RS232 (ML8088, NV08C-MCM, ГЕОС-3М) и USB (NV08C-MCM, ML8088). Поэтому появилась возможность создания приемных модулей, совмещающих плату приемника и антенну в едином корпусе и осуществляющих первичную обработку аналогового сигнала, преобразование его в цифровую форму и выдачу сигнала в цифровом виде.Recently, miniature microassemblies (chipsets) of GLONASS / GPS receivers have appeared, for example GLONASS / GPS modules NAVIA® ML8088, NV08C-MCM, GEOS-3M, which are designed to calculate the current coordinates and speed of an object in real time in offline mode, forming a second timestamps and exchanges with external equipment via serial ports RS232 (ML8088, NV08C-MCM, GEOS-3M) and USB (NV08C-MCM, ML8088). Therefore, it became possible to create receiving modules that combine the receiver board and the antenna in a single housing and carry out the primary processing of the analog signal, converting it into digital form and issuing the signal in digital form.
Такой навигационный USB-приемник был создан ЗАО «КБ НАВИС» и представляет собой плату навигационного приемника с установленным на ней антенным элементом, которая снизу закрыта металлическим экраном и помещена внутри модульного полимерного корпуса, кабель выведен наружу и заканчивается USB-разъемом [www.navis.ru/news_ page _10.htm - USB-приемник СН-4711].Such a USB navigation receiver was created by KB NAVIS CJSC and is a navigation receiver board with an antenna element mounted on it, which is covered by a metal screen from below and placed inside a modular polymer case, the cable is pulled out and ends with a USB connector [www.navis. com / news_ page _10.htm - USB receiver CH-4711].
Однако такая конструкция USB-приемников, как GPS, так и ГЛОНАСС/GPS, не обеспечивает их достаточную механическую прочность и достаточный коэффициент усиления антенного элемента при углах, близких к экранной плоскости, что приводит к потере сигнала от спутников, находящихся вблизи горизонта. Модули также недостаточно герметичны в силу негерметичности мест соединения и имеют сложную конструкцию.However, this design of USB receivers, both GPS and GLONASS / GPS, does not provide their sufficient mechanical strength and a sufficient gain of the antenna element at angles close to the screen plane, which leads to signal loss from satellites located near the horizon. The modules are also not tight enough due to leaks in the joints and have a complex structure.
Известен также GPS приемник, включающий чипсет и антенну, которые смонтированы в герметичном корпусе с выводом сигнала со стороны крышки (вниз). Он предназначен для стационарной установки на транспорте [сайт www.gps-profi.ru/receiver.php - GlobalSat GPS приемник MR-350].A GPS receiver is also known, including a chipset and an antenna, which are mounted in a sealed enclosure with a signal output from the lid side (down). It is designed for stationary installation in transport [site www.gps-profi.ru/receiver.php - GlobalSat GPS receiver MR-350].
Этот модуль имеет большие габариты и сложность конструкции.This module has large dimensions and design complexity.
Наиболее близкой к заявляемому изобретению является приемный антенный модуль (ПАМ), состоящий из антенного элемента, включающего диэлектрическую подложку, выполненную в виде перевернутого стакана с уступом на торцевой поверхности стенки и металлизированной внутренней поверхностью, и печатный проводник, расположенный на внешней стороне дна стакана подложки, платы приемника, расположенной на металлизированной поверхности подложки и включающей последовательно соединенные однокаскадный малошумящий усилитель и фильтр, вход усилителя электрически соединен перемычкой с печатным проводником антенного элемента, крышки, закрепленной в уступе стакана подложки и имеющей средства крепления к металлическому экрану, и кабеля с соединителем на конце, присоединенного к выходу платы приемника, при этом антенный элемент покрыт защитным радиопрозрачным слоем, а модуль имеет металлизированное отверстие для вывода кабеля [Патент РФ №58798, кл. H01Q 1/38, опубл. 27.11.2006].Closest to the claimed invention is a receiving antenna module (PAM), consisting of an antenna element comprising a dielectric substrate, made in the form of an inverted glass with a ledge on the end surface of the wall and a metallized inner surface, and a printed conductor located on the outer side of the bottom of the glass of the substrate, the receiver board located on the metallized surface of the substrate and including a series-connected single-stage low-noise amplifier and a filter, the input of the amplifier it is electrically connected by a jumper to the printed conductor of the antenna element, the cover fixed in the ledge of the substrate glass and having means of attachment to the metal screen, and a cable with a connector at the end connected to the output of the receiver board, while the antenna element is covered with a radioactive transparent layer, and the module has a metallized hole for cable outlet [RF Patent No. 58798, cl.
Вывод коаксиального кабеля проложен через боковое металлизированное отверстие подложки, закрытой металлизированной изнутри крышкой с магнитом и резьбовой втулкой, которая закреплена в уступе внутренней полости подложки, а упомянутый фильтр является фильтром на поверхностных акустических волнах (ПАВ-фильтр).The output of the coaxial cable is laid through the side metallized hole of the substrate, closed with a metallized inside cover with a magnet and a threaded sleeve, which is fixed in the ledge of the inner cavity of the substrate, and the said filter is a filter on surface acoustic waves (SAW filter).
В частном варианте выполнения антенны вывод кабеля через металлизированное отверстие снабжен резиновым патрубком с выступами.In a particular embodiment of the antenna, the cable outlet through the metallized hole is provided with a rubber pipe with protrusions.
В другом частном варианте выполнения антенны упомянутый фильтр расположен после первого каскада усиления малошумящего усилителя.In another particular embodiment of the antenna, said filter is located after the first amplification stage of the low noise amplifier.
Однако это устройство имеет также недостатки - недостаточно высокая функциональность и помехозащищенность (в силу работы только с аналоговыми сигналами), а также то, что малые габариты керамического корпуса, как и всей приемной антенны, могут быть достигнуты только за счет применения керамики с высоким (более 10) значением относительной диэлектрической проницаемости, что приводит к усложнению процесса изготовления модуля и соответственно приводит к повышению его себестоимости.However, this device also has drawbacks - insufficiently high functionality and noise immunity (due to work only with analog signals), and also that the small dimensions of the ceramic case, as well as the entire receiving antenna, can be achieved only through the use of ceramics with high (more 10) the value of the relative dielectric constant, which leads to a complication of the manufacturing process of the module and, accordingly, leads to an increase in its cost.
Технической задачей заявленного изобретения является повышение помехозащищенности и уменьшение габаритов приемного антенного модуля (ПАМ).The technical task of the claimed invention is to increase the noise immunity and reduce the size of the receiving antenna module (PAM).
Кроме того, технической задачей заявленного изобретения является повышение технологичности изготовления и снижение себестоимости приемного антенного модуля.In addition, the technical task of the claimed invention is to increase the manufacturability and reduce the cost of the receiving antenna module.
Технический результат достигается тем, что в приемном антенном модуле, состоящем из антенного элемента, включающего диэлектрическую подложку, выполненную в виде перевернутого стакана с уступом на торцевой поверхности стенки и металлизированной внутренней поверхностью, и печатный проводник, расположенный на внешней стороне дна стакана подложки, платы приемника, расположенной на металлизированной поверхности подложки и включающей последовательно соединенные однокаскадный малошумящий усилитель и фильтр, вход усилителя электрически соединен перемычкой с печатным проводником антенного элемента, крышки, закрепленной в уступе стакана подложки и имеющей средства крепления к металлическому экрану, и кабеля с соединителем на конце, присоединенного к выходу платы приемника, при этом антенный элемент покрыт защитным радиопрозрачным слоем, а модуль имеет металлизированное отверстие для вывода кабеля, печатный проводник антенного элемента выполнен в виде структуры метаматериала, диэлектрическая подложка выполнена из полимерного материала с относительной диэлектрической проницаемостью менее 6,0, плата приемника снабжена ограничительной диодной сборкой, подключенной к перемычке параллельно входу малошумящего усилителя, и микросборкой приемника с цифровым выходом, подключенной к фильтру, кабель выполнен многопроводным, а его соединитель выполнен в виде USB-разъема, кабель пропущен через тонкостенную металлическую трубку, укрепленную одним концом в металлизированном отверстии модуля и другим концом механически его обжимающую, и герметизирован на выходе из металлической трубки клеевой термоусадочной трубкой.The technical result is achieved by the fact that in the receiving antenna module, consisting of an antenna element comprising a dielectric substrate, made in the form of an inverted glass with a step on the end surface of the wall and a metallized inner surface, and a printed conductor located on the outside of the bottom of the glass of the substrate, the receiver board located on the metallized surface of the substrate and including serially connected single-stage low-noise amplifier and filter, the input of the amplifier is electrically It is connected by a jumper with the printed conductor of the antenna element, the cover fixed in the ledge of the substrate glass and having means for attaching to the metal screen, and a cable with a connector at the end connected to the output of the receiver board, while the antenna element is covered with a protective radiolucent layer, and the module has a metallized hole for cable output, the printed conductor of the antenna element is made in the form of a metamaterial structure, the dielectric substrate is made of a polymer material with a relative dielectric permeability less than 6.0, the receiver board is equipped with a restrictive diode assembly connected to a jumper parallel to the input of a low-noise amplifier, and a microassembly of the receiver with a digital output connected to the filter, the cable is multi-wire, and its connector is made in the form of a USB connector, the cable is passed through a thin-walled a metal tube reinforced with one end in the metallized hole of the module and the other end mechanically compressing it, and sealed at the outlet of the metal tube with a heat-shrink adhesive bkoy.
Целесообразно крышку выполнить из магнитопласта с металлизированной верхней поверхностью и закрыть снизу защитной пленкой, при этом экран выполнить магнитопроводящим.It is advisable to cover the magnetoplastic with a metallized upper surface and close the bottom with a protective film, while the screen is magnetically conductive.
Кроме того, целесообразно крышку выполнить из металла и покрыть снизу клеевым составом для крепления модуля к экрану.In addition, it is advisable to cover the metal and cover the bottom with adhesive to fix the module to the screen.
Целесообразно металлизированное отверстие модуля выполнить в стенке стакана подложки или в крышке, при этом крышку выполнить металлической с не менее одним цилиндрическим выступом с резьбой для крепления к экрану с помощью контргайки.It is advisable to make the metallized hole of the module in the wall of the substrate glass or in the lid, while the lid is made of metal with at least one cylindrical protrusion with thread for fastening to the screen using a lock nut.
Предпочтительно, чтобы печатный проводник представлял собой структуру произвольной формы, состоящую из не менее двух секторных элементов, разделенных радиальными щелями и имеющих не менее шести дугообразных щелей, и сквозного проводящего стержня симметричной формы, который установлен в центре диска и электрически соединен с секторными элементами и металлизированной поверхностью подложки.Preferably, the printed conductor is an arbitrary shape structure consisting of at least two sector elements separated by radial slots and having at least six arcuate slots, and a symmetrical-shaped through conductive rod that is mounted in the center of the disk and electrically connected to the sector elements and metallized surface of the substrate.
При этом конфигурация внешней формы печатного проводника может быть произвольной, например прямоугольной, квадратной, многоугольной, эллипсоидной и т.п.Moreover, the configuration of the external shape of the printed conductor can be arbitrary, for example, rectangular, square, polygonal, ellipsoid, etc.
Целесообразно для создания поля круговой поляризации форму печатного проводника выбрать осесимметричной, количество секторных элементов печатного проводника выбрать кратным четырем, а сектор, смежный с сектором, имеющим контакт с перемычкой, со стороны контакта наполовину металлизировать, а для создания правой поляризации поля излучения металлизацию сектора расположить слева от сектора с контактом перемычки, а для левой поляризации поля излучения металлизацию сектора расположить справа от сектора с контактом перемычки.It is advisable to create a circular polarization field to select the shape of the printed conductor axisymmetric, select the number of sector elements of the printed conductor by a multiple of four, and half the sector adjacent to the sector that has contact with the jumper from the contact side, and metallize the sector to create the right polarization of the radiation field to the left from the sector with the jumper contact, and for the left polarization of the radiation field, the metallization of the sector should be located to the right of the sector with the jumper contact.
Предпочтительно подложку антенного элемента выполнить из высокопрочной керамики, или керамосодержащего композита, а при выполнении малошумящего усилителя и фильтра встроенными в микросборке приемника последнюю подключить к перемычке.Preferably, the substrate of the antenna element is made of high-strength ceramic, or a ceramic-containing composite, and when the low-noise amplifier and filter are built in, the latter is connected to the jumper in the microassembly of the receiver.
На фиг.1 представлен общий вид ПАМ с USB-выводом вбок.Figure 1 shows a General view of PAM with USB-output sideways.
На фиг.2 - функциональная схема платы приемника.Figure 2 is a functional diagram of the receiver board.
На фиг.3 - общий вид ПАМ с USB-выводом вниз.Figure 3 is a General view of the PAM with the USB output down.
На фиг.4 - вариант печатного проводника антенного элемента с линейной поляризацией поля излучения.Figure 4 is a variant of the printed conductor of the antenna element with linear polarization of the radiation field.
На фиг.5 - вариант печатного проводника антенного элемента с круговой поляризацией поля излучения.Figure 5 is a variant of the printed conductor of the antenna element with circular polarization of the radiation field.
На фиг.6 - фотография навигационного приемного антенного модуля ГЛОНАСС/GPS.Figure 6 is a photograph of the navigation receiver antenna module GLONASS / GPS.
На фиг.7 - коэффициент стоячей волны (КСВ) входа антенного элемента.7 is a standing wave coefficient (SWR) of the input of the antenna element.
На фиг.8 - диаграммы направленности (ДН) антенного элемента от угла θ на частоте 1600 МГц при угле φ=90 градусов.On Fig - radiation patterns (MD) of the antenna element from the angle θ at a frequency of 1600 MHz at an angle φ = 90 degrees.
На фиг.9 - поляризационная диаграмма антенного элемента от угла θ на частоте 1699 МГц при угле φ=99 градусов.Figure 9 is a polarization diagram of the antenna element from the angle θ at a frequency of 1699 MHz at an angle φ = 99 degrees.
На фиг.10 - ДН антенного элемента от угла φ для частоты 1600 МГц при угле θ=75 градусов.Figure 10 - the bottom of the antenna element from the angle φ for a frequency of 1600 MHz with an angle θ = 75 degrees.
На фиг.11 - принципиальная схема ГЛОНАСС/GPS навигационного USB-приемного антенного модуля.11 is a schematic diagram of a GLONASS / GPS navigation USB receiving antenna module.
На фиг.12 - захват спутников ГЛОНАСС, GPS (раздельно) и результат вычисления текущих координат на персональном компьютере.On Fig - capture of GLONASS, GPS satellites (separately) and the result of calculating the current coordinates on a personal computer.
Приемный антенный модуль состоит из антенного элемента, включающего печатный проводник 1 и диэлектрическую подложку 2 с металлизацией нижней поверхности 3, платы приемника 4, многопроводного кабеля 5 с USB-соединителем 6 на конце, крышки 7, защитного радиопрозрачного слоя 8, перемычки 9, защитной пленки 10, тонкостенной металлической трубки 11, клеевой термоусадочной трубки 12, металлического экрана 13.The receiving antenna module consists of an antenna element including a printed
Диэлектрическая подложка 2 антенного элемента выполнена в виде перевернутого стакана с уступом на торцевой поверхности стенки и экранной металлизированной внутренней поверхностью 3.The
Диэлектрическая подложка 2 может быть выполнена с металлизированным отверстием в ее боковой стенке.The
Подложка 2 антенного элемента может быть выполнена из высокопрочной керамики, керамосодержащего композита, а также из диэлектрического полимерного вещества.The
Для удешевления антенного элемента подложка и проводник могут быть методом литья из полимерного материала с относительной диэлектрической проницаемостью менее 6,0.To reduce the cost of the antenna element, the substrate and conductor can be cast by a polymer material with a relative dielectric constant of less than 6.0.
Печатный проводник 1 расположен на внешней стороне дна стакана подложки 2 и выполнен произвольной формы.The printed
Плата приемника 4 закреплена на металлизированной нижней поверхности внутренней полости стакана диэлектрической подложки 2. Плата приемника включает однокаскадный малошумящий усилитель (МШУ) поз.15 (Фиг.2), выполненный в виде одной микросхемы, ограничительную диодную сборку поз.14, подключенную параллельно с входом микросхемы к перемычке 9, микросборку приемника поз.17 с цифровым выходом и ПАВ-фильтр поз.16, включенный между усилителем поз.15 и микросборкой приемника поз.17.The
В частном варианте при наличии встроенных МШУ поз.15 и фильтра поз.16 в микросборке приемника поз.17 последняя может быть подключена непосредственно к перемычке 9 (выходу антенного элемента).In a particular embodiment, with built-in LNA pos.15 and filter pos.16 in the receiver microassembly pos.17, the latter can be connected directly to jumper 9 (output of the antenna element).
Вход МШУ поз.15 электрически соединен с помощью перемычки 9 с печатным проводником 1 антенного элемента, обеспечивая кондуктивный тип связи. При этом точка соединения с печатным проводником 1 выбирается из условия их оптимального согласования по импедансу.The input of the LNA pos.15 is electrically connected via a
Многопроводный кабель 5 служит для соединения выхода платы приемника 4 с внешним цифровым приемным устройством, в котором осуществляется окончательная цифровая обработка сигнала и выдача (визуализация) результатов обработки. По кабелю 5 осуществляется также подача напряжения питания в плату приемника 4 и обмен служебной информацией между микросборкой приемника поз.17 и внешним цифровым приемным устройством.A
Один конец кабеля 5 пропущен через тонкостенную металлическую трубку 11, которая одним концом закреплена, например, в боковом отверстии диэлектрической подложки 2, распаян к выходу микросборки приемника поз.17, обжат механически на выходе из трубки 11, а на другой его конец установлен USB-соединитель 6. Выход кабеля 5 из трубки 11 герметизирован с помощью клеевой термоусадочной трубки 12.One end of the
Крышка 7 может быть выполнена из магнитопласта с металлизированной верхней поверхностью, закреплена в уступе стакана подложки 2 таким образом, чтобы иметь электрический контакт с ее металлизированной внутренней поверхностью 3, и закрыта снизу защитной пленкой 10. Крышка 7 служит также для крепления приемного антенного модуля к магнитопроводящему экрану 13, образуя с ним так называемый "магнитный замок".The
Кроме того, крышка 7 может быть выполнена из металла, снизу покрыта клеевым составом, который, в свою очередь, закрыт защитной пленкой 10. Крепление приемного антенного модуля в этом случае производится к экрану 13 путем его приклеивания после предварительного снятия защитной пленки 10.In addition, the
Проводящий экран 13 служит для создания преимущественно однонаправленного приема сигнала антенным элементом. При этом форма диаграммы направленности формируется антенным элементом и экраном 13.The
Снаружи антенный элемент покрыт защитным радиопрозрачным слоем 8.Outside, the antenna element is covered with a protective translucent layer 8.
На фиг.3 изображен другой, стационарный, вариант конструктивного исполнения заявляемого ПАМ с выводом сигнала вниз, со стороны крышки 7. В этом случае имеется соответствующее отверстие в крышке 7, в которое вмонтирована одним концом тонкостенная металлическая трубка 11, внутри трубки пропущен кабель 5 и обжат механически на другом ее конце, место выхода кабеля из трубки 11 герметизировано клеевой термоусадочной трубкой 12, а сама крышка 7 выполнена металлической и имеет не менее одного цилиндрического выступа с резьбой 18 для крепления приемного антенного модуля к экрану 13 с помощью контргайки 19.Figure 3 shows another, stationary, embodiment of the inventive PAM with the signal output downward from the side of the
В настоящее время микросборка приемника поз.17, микросхема МШУ поз.15 могут быть выполнены достаточно миниатюрными за счет применения нанотехнологий. Поэтому габариты приемного антенного модуля в основном определяются размером подложки, выполненной из диэлектрического материала.Currently, the microassembly of the receiver pos.17, the LNA chip pos.15 can be made quite miniature due to the use of nanotechnology. Therefore, the dimensions of the receiving antenna module are mainly determined by the size of the substrate made of dielectric material.
Малые габариты антенного элемента, следовательно, и всего приемного антенного модуля могут быть достигнуты за счет применения керамики или керамокомпозита с высоким (более 10) значением относительной диэлектрической проницаемости. Снизить значение относительной диэлектрической проницаемости без увеличения габаритов антенного элемента позволяет применение метаматериала [С.Caloz and Т.Itoh, Electromagnetic Metamaterials, Transmission Line Theory and Microwave Applications, Piscataway, John Wiley/IEEE Press, 2005].Small dimensions of the antenna element, therefore, and the entire receiving antenna module can be achieved through the use of ceramics or ceramic composite with a high (over 10) value of relative dielectric constant. The use of metamaterial makes it possible to reduce the relative permittivity without increasing the dimensions of the antenna element [C. Caloz and T. Itoh, Electromagnetic Metamaterials, Transmission Line Theory and Microwave Applications, Piscataway, John Wiley / IEEE Press, 2005].
За счет выполнения печатного проводника 1 антенного элемента из метаматериала (метаматериалоподобным) подложка 2 может быть изготовлена из диэлектрического материала с малым значением относительной диэлектрической проницаемости (от 3,0 до 6,0) методом литья. Это повышает технологичность изготовления приемного антенного модуля и снижает его себестоимость.Due to the implementation of the printed
Кроме того, для обеспечения достаточно большого рабочего диапазона частот (обычно не менее 3%) толщина дна стакана подложки при εr=4,8 (полиамид-610) должна быть не менее 0,4λ [см], что для дециметрового диапазона частот заведомо больше толщины защитного колпака активной антенны в обычном корпусном исполнении, не превышающей 2 мм. За счет утолщения дна стакана подложки 2 прочность ее возрастает по сравнению с обычным корпусом традиционной активной антенны.In addition, to ensure a sufficiently large operating frequency range (usually at least 3%), the thickness of the bottom of the substrate glass at ε r = 4.8 (polyamide-610) should be at least 0.4λ [cm], which is known for the decimeter frequency range more than the thickness of the protective cap of the active antenna in the usual case design, not exceeding 2 mm. Due to the thickening of the bottom of the glass of the
На фиг.4 приведен вариант круглой топологии печатного проводника 1 антенного элемента с метаматериалом (метаматериалоподобной топологией), реализующий прием поля линейной поляризации. Конфигурация внешней формы печатного проводника может быть произвольной, например прямоугольной, квадратной, многоугольной, эллипсоидной и т.п.Figure 4 shows a variant of the round topology of the printed
Печатный проводник 1 антенного элемента представляет структуру метаматериала, расположенную на внешней стороне дна стакана подложки 2.The printed
Печатный проводник 1 выполнен в форме диска с секторными элементами 20 в количестве не менее двух, разделенными радиальными щелями 21. В каждом секторном элементе имеются дугообразные щели 22 в количестве не менее шести. В центре диска имеется сквозной проводящий стержень 23 симметричной формы, имеющий электрический контакт с секторными элементами 20 и металлизацией 3 нижней поверхности стакана подложки 2. В результате антенный элемент образует планарную секторно-щелевую замедляющую систему.The
С другой стороны, антенный элемент образован емкостями С радиальных щелей 21 и индуктивностями L секторных элементов 20 печатного проводника, замкнутыми на земляную поверхность 3 антенного элемента. Таким образом, предложенная структура печатного проводника 1 может быть представлена в виде эквивалентной CL-цепочки, характерной для метаматериалоподобных структур.On the other hand, the antenna element is formed by capacitances C of
Точка питания антенного элемента (точка подключения перемычки 9 к печатному проводнику 1) находится по центру одного из секторных элементов на определенном расстоянии от центра диска и контактирует с металлизированной частью сектора. Для согласования антенного элемента с входом платы приемника 4 точку подключения перемычки 9 к печатному проводнику 1 необходимо совместить с точкой на печатном проводнике 1, в которой входное сопротивление антенного элемента равно 50 Ом на центральной частоте рабочего диапазона. Вне центральной частоты рабочего диапазона частот входное сопротивление становится комплексным, а диапазон согласования по заданному значению КСВн тем шире, чем толще диэлектрическая подложка 2 антенного элемента. Поле (компонента Е) поляризовано в плоскости, проходящей через точку питания печатного проводника 1 и его центр.The power point of the antenna element (the connection point of the
На фиг.5 приведен вариант круглой топологии печатного проводника антенного элемента с метаматериалом, реализующий прием поля круговой поляризации.Figure 5 shows a variant of the circular topology of the printed conductor of the antenna element with metamaterial, realizing the reception of the field of circular polarization.
Отличие топологии от предыдущей состоит в том, что конфигурация внешней формы печатного проводника должна быть осесимметричной, а количество секторных элементов кратно четырем, причем один из секторов, смежный с сектором с точкой питания (точкой подключения перемычки 9), наполовину металлизирован со стороны точки питания (поз.24). Частичная металлизация смежного сектора обеспечивает возбуждение колебаний с одинаковой амплитудой и сдвигом фаз ±90°. В этом случае волны двух ортогональных линейных поляризаций формируют в свободном пространстве волну с круговой (левой или правой) поляризацией. Правая поляризация поля излучения имеет место, если металлизация сектора находится слева от сектора с точкой питания (вид сверху), а левая поляризация поля излучения имеет место, если металлизация сектора находится справа от сектора с точкой питания.The difference between the topology and the previous one is that the configuration of the external shape of the printed conductor must be axisymmetric, and the number of sector elements is a multiple of four, and one of the sectors adjacent to the sector with the power point (jumper connection point 9) is half metallized from the power point ( Pos. 24). Partial metallization of the adjacent sector provides excitation of oscillations with the same amplitude and phase shift ± 90 °. In this case, the waves of two orthogonal linear polarizations form a wave in free space with circular (left or right) polarization. The right polarization of the radiation field occurs if the metallization of the sector is located to the left of the sector with the supply point (top view), and the left polarization of the radiation field occurs if the metallization of the sector is located to the right of the sector with the supply point.
Применение антенного элемента с метаматериалоподобным печатным проводником в виде секторно-щелевой замедляющей системы позволяет использовать подложку с меньшим значением диэлектрической проницаемости, чем в традиционной микрополосковой антенне, что, в свою очередь, позволяет уменьшить габариты антенны, увеличить эффективность излучения и снизить себестоимость изделия.The use of an antenna element with a metamaterial-like printed conductor in the form of a sector-slot retardation system allows the use of a substrate with a lower dielectric constant than in a traditional microstrip antenna, which, in turn, can reduce the dimensions of the antenna, increase the radiation efficiency and reduce the cost of the product.
Приемный антенный модуль работает следующим образом.The receiving antenna module operates as follows.
При падении электромагнитной волны на антенный элемент, который образован печатным проводником 1 и диэлектрической подложкой 2 с металлизацией нижней поверхности 3, в нем возникают высокочастотные колебания, порождающие высокочастотные токи на токопроводящих поверхностях антенного элемента.When an electromagnetic wave is incident on an antenna element, which is formed by a printed
В антенном элементе возможно возбуждение множества типов колебаний (мод), но только самая низшая из них формирует осевую ДН, высшие типы колебаний дают тороидальные ДН с провалом в осевом направлении. Низшими (основными) типами колебаний для простейших видов печатных проводников 1 являются: мода ТМ10 для прямоугольного, мода ТМ11 для круглого и кольцевого печатного проводника 1.In the antenna element, it is possible to excite many types of oscillations (modes), but only the lowest of them forms the axial pattern, the higher types of oscillations produce toroidal patterns with a dip in the axial direction. The lower (main) types of vibrations for the simplest types of printed
За счет приподнимания антенного элемента над экраном 13 происходит расширение его диаграммы направленности для основного типа колебания. Достигается это путем выполнения диэлектрической подложки 2 с металлизированной нижней поверхностью 3 в виде перевернутого стакана, при этом печатный проводник 1 расположен на внешней стороне дна стакана подложки 2.Due to the lifting of the antenna element above the
Наличие диэлектрического слоя на внешней поверхности стакана подложки 2 позволяет еще более расширить диаграмму направленности.The presence of a dielectric layer on the outer surface of the glass of the
Высокочастотный ток, возникающий в печатном проводнике 1, через перемычку 9 поступает на вход платы приемника 4, которая расположена внутри замкнутого объема, образованного металлизированной внутренней полостью 3 диэлектрической подложки 2 и металлизированной (металлической, в других вариантах) поверхностью крышки 7, и изолирован от прямого воздействия падающей электромагнитной волны. В малошумящем усилителе поз.15 сигнал усиливается, фильтруется с помощью встроенного фильтра поз.16 и поступает на вход микросборки приемника поз.17, в котором происходит аналоговая обработка сигнала и его оцифровка, затем через кабель 5 с USB-соединителем 6 сигнал поступает на вход внешнего цифрового приемного устройства, в котором происходит цифровая обработка сигнала и выделение конечного результата с возможной его визуализацией или передачей в другие устройства.The high-frequency current arising in the printed
Стоящая на входе малошумящего усилителя поз.15 ограничительная диодная сборка поз.14 служит для защиты платы приемника 4 от выхода из строя при наличии постороннего сигнала большой мощности (помехи).The limiting diode assembly at the input of the low-noise amplifier, pos. 15, pos. 14 serves to protect the
При наличии встроенного МШУ поз.15 и фильтра поз.16 в микросборке приемника поз.17 последняя может быть подключена к выходу антенного элемента непосредственно (к концу перемычки 9).If there is a built-in LNA pos.15 and a filter pos.16 in the microassembly of the receiver pos.17, the latter can be connected to the output of the antenna element directly (to the end of the jumper 9).
Обмен с внешним устройством приемного модуля может также осуществляться не по кабелю 5, а по радиочастотному каналу типа Bluetooth. При этом кабель 5 с USB-соединителем 6 в конструкции модуля отсутствует, а выход ПАМ должен быть снабжен микросхемой приемо-передатчика (на фиг.2 не показана), а внешнее приемное цифровое устройство - аналогичной микросхемой.Exchange with the external device of the receiving module can also be carried out not via
Исходя из вышеописанных принципов был спроектирован и изготовлен навигационный приемный антенный модуль ГЛОНАСС/GPS (фиг.6). В качестве топологии печатного проводника была взята топология, изображенная на фиг.5. Размеры печатного проводника 1 и конфигурация топологии были выбраны таким образом, чтобы обеспечить работу антенного элемента в режиме низшей моды - квази-Е11. Подложка 2 была отлита с полиамида-610 (εr=4,8). Ее размеры (как и размеры всего модуля) составили 47,5 мм × 44 мм × 13 мм. Отметим, что точно такие же размеры ПАМ достигаются для простой (не из метаматериала) формы печатного проводника 1 (прямоугольной, круглой, треугольной, эллиптической) при изготовлении подложки 2 из корундовой керамики с εr=9,5.Based on the above principles, the GLONASS / GPS navigation receiving antenna module was designed and manufactured (Fig.6). As the topology of the printed conductor, the topology shown in FIG. 5 was taken. The dimensions of the printed
Расчетные характеристики антенного модуля приведены на фиг.7-10.The calculated characteristics of the antenna module are shown in Fig.7-10.
Из приведенных данных видно, что антенный модуль (антенный элемент) имеет широкие амплитудную и поляризационную ДН, что крайне важно для навигационной антенны. Более того, поляризация поля в дальней зоне остается близкой к круговой практически во всей полусфере, что не реализуемо для элементарных печатных проводников 1 (квадратного, треугольного, многоугольного, круглого, кольцевого). Азимутальная зависимость поля в дальней зоне для угла θ=75 градусов имеет неоднородность 3,5 дБ.From the above data it can be seen that the antenna module (antenna element) has wide amplitude and polarization MDs, which is extremely important for a navigation antenna. Moreover, the polarization of the field in the far zone remains close to circular in almost the entire hemisphere, which is not feasible for elementary printed conductors 1 (square, triangular, polygonal, round, ring). The azimuthal dependence of the field in the far zone for an angle θ = 75 degrees has a non-uniformity of 3.5 dB.
Плата приемника 4 ГЛОНАСС/GPS навигационного USB-приемного антенного модуля реализована в варианте с ограничительной диодной сборкой поз.14, входным МШУ поз.15 и фильтром поз.16 (фиг.11). В качестве приемной ГЛОНАСС/GPS микросборки был использован чипсет ML8088.The
Таким образом, предлагаемый приемный антенный модуль позволяет повысить помехозащищенность и уменьшить габариты, повысить технологичность изготовления и снизить себестоимость приемного антенного модуля.Thus, the proposed receiving antenna module can improve noise immunity and reduce dimensions, increase manufacturability and reduce the cost of the receiving antenna module.
Claims (11)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012116590/08A RU2485645C1 (en) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | Receiving antenna module |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012116590/08A RU2485645C1 (en) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | Receiving antenna module |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2485645C1 true RU2485645C1 (en) | 2013-06-20 |
Family
ID=48786524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012116590/08A RU2485645C1 (en) | 2012-04-25 | 2012-04-25 | Receiving antenna module |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2485645C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109194346A (en) * | 2018-08-31 | 2019-01-11 | 出门问问信息科技有限公司 | Anti-jamming circuit, signal receiving circuit and electronic equipment |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004027920A2 (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Topcon Gps Llc | Antenna structures for reducing the effects of multipath radio signals |
| US7109928B1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-09-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Conformal microstrip leaky wave antenna |
| RU71775U1 (en) * | 2007-10-29 | 2008-03-20 | Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод" | SATELLITE NAVIGATION RECEIVER |
| RU2349995C2 (en) * | 2007-03-22 | 2009-03-20 | Сергей Николаевич Бойко | Receiving active aerial |
| RU94065U1 (en) * | 2009-12-25 | 2010-05-10 | Сергей Николаевич Бойко | RECEIVING ACTIVE ANTENNA |
| RU2419930C2 (en) * | 2008-12-10 | 2011-05-27 | Дмитрий Витальевич Татарников | Compact antenna system with extended frequency range for elimination of multibeam signal reception effect |
-
2012
- 2012-04-25 RU RU2012116590/08A patent/RU2485645C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004027920A2 (en) * | 2002-09-19 | 2004-04-01 | Topcon Gps Llc | Antenna structures for reducing the effects of multipath radio signals |
| US7109928B1 (en) * | 2005-03-30 | 2006-09-19 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force | Conformal microstrip leaky wave antenna |
| RU2349995C2 (en) * | 2007-03-22 | 2009-03-20 | Сергей Николаевич Бойко | Receiving active aerial |
| RU71775U1 (en) * | 2007-10-29 | 2008-03-20 | Открытое акционерное общество "Ижевский радиозавод" | SATELLITE NAVIGATION RECEIVER |
| RU2419930C2 (en) * | 2008-12-10 | 2011-05-27 | Дмитрий Витальевич Татарников | Compact antenna system with extended frequency range for elimination of multibeam signal reception effect |
| RU94065U1 (en) * | 2009-12-25 | 2010-05-10 | Сергей Николаевич Бойко | RECEIVING ACTIVE ANTENNA |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109194346A (en) * | 2018-08-31 | 2019-01-11 | 出门问问信息科技有限公司 | Anti-jamming circuit, signal receiving circuit and electronic equipment |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20160190704A1 (en) | Circularly polarized connected-slot antenna | |
| US20120007781A1 (en) | Antenna module | |
| CN107425276B (en) | Circularly polarized slot antenna with filtering characteristic | |
| US8466837B2 (en) | Hooked turnstile antenna for navigation and communication | |
| RU2008144178A (en) | MULTI-BAND D-SHAPED ANTENNA | |
| WO2008069493A1 (en) | Omni-directional planar antenna | |
| US11962082B2 (en) | Multifunctional GNSS antenna | |
| CN105811099A (en) | Small satellite navigation antenna and anti-multipath interference cavity thereof | |
| WO2011159262A1 (en) | Metamaterial based ultra thin microstrip antennas | |
| US9136604B2 (en) | Antenna and wireless communication apparatus | |
| WO2021022484A1 (en) | Antenna and base station | |
| Alibakhshikenari et al. | High performance on-chip array antenna based on metasurface feeding structure for terahertz integrated circuits | |
| CN110534878A (en) | A kind of miniaturization UHF antenna based on split ring resonator load | |
| CN204577606U (en) | A kind of antenna and communication equipment | |
| JP2010016501A (en) | Gps module and mobile device | |
| US20130093639A1 (en) | Antenna | |
| JP5042698B2 (en) | Multi-frequency shared transceiver | |
| CN105449354B (en) | A kind of low-cross coupling antenna array using the double via electromagnetic bandgap structures of Fermat archimedean spiral groove line | |
| RU2485645C1 (en) | Receiving antenna module | |
| US20100315195A1 (en) | Methods and apparatus for a dual polarization antenna system | |
| RU58798U1 (en) | RECEIVING ACTIVE ANTENNA | |
| CN114846696A (en) | Electronic device | |
| CN212542679U (en) | Satellite positioning GPS and Beidou ceramic passive antenna | |
| US20100295728A1 (en) | Array antenna | |
| CN107508047A (en) | A kind of planar structure circular polarisation and linear polarization microwave bidirectional transducer |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20140426 |