Антена для мобільного радіотелефону

Антена для мобільного радіотелефону, яка містить розташовані на одній стороні діелектричної пластини і з'єднані з фідером вібратор і противагу, кожний з яких має перший та другий плоскі провідники, яка відрізняється тим, що вібратор додатково містить третій провідник, виконаний у вигляді плоскої спіралі, який одним кінцем з'єднаний з першим провідником вібратора і має розширення на вільному кінці, і щонайменше дві плоскі одновиткові котушки індуктивності, розташовані паралельно одна одній по різні сторони від третього провідника вібратора і з'єднані з першим і другим провідниками вібратора, противага містить щонайменше дві плоскі одновиткові котушки індуктивності, розташовані паралельно одна одній і з'єднані з першим і другим провідниками противаги, причому другі провідники вібратора і противаги розташовані в середній частині діелектричної пластини і з'єднані з фідером. Винахід належить до антенно-фідерної техніки, а саме до лінійно-поляризованих друкованих антен, і може бути використаний для оснащення мобільних радіотелефонів, які працюють у дециметровому діапазоні радіохвиль. Існує проблема створення антенних систем, адаптованих для розміщення в плоскому довгастому корпусі радіотелефону, робочі характеристики яких, як то коефіцієнт корисної дії (ККД), рівень енергоспоживання, ширина смуги пропускання, форма діаграми спрямованості тощо забезпечують надійний та якісний радіозв'язок, створюючи при цьому низький рівень випромінювання в ближній зоні антени. Відомі прості й надійні конструкції штирових і спіральних антен, якими оснащують мобільні радіотелефони [Каменецкий М.В., Заикин Β.Α. Радиотелефоны / Санкт-Петербург, «Наука и техника», 2000]. Суттєвим недоліком антен подібних конструкцій є великі габарити. Спіральні антени виконують навитими на діелектричний каркас, тому порівняно зі штировими антеннами вони мають меншу геометричну довжину. Для зменшення геометричної довжини штирові антени оснащуються «укорочувальними» засобами, наприклад, котушками індуктивності. Відомо також використання друкованих антен на основі несиметричних смужкових ліній в конструкціях мобільних радіотелефонів. Основним елементом таких антен є плоский металевий випромінювач, розташований на одній стороні діелектричної пластини, нижня, повністью металізована, сторона якої виконує функцію екрана, що дозволяє сформувати односторонню діаграму спрямованості [патент США №5323168, кл. H01Q1/38, опубл. 1994]. Однак для забезпечення ефекту екранування при формуваннні діаграми спрямованості розміри екрана мають бути більшими від розмірів випромінювана, внаслідок чого збільшуються габарити антени. Іншим недоліком друкованих антен подібної конструкції є залежність ККД антени від товщини діелектричної пластини: ККД антени підвищується при збільшенні товщини (19) UA (11) 84868 (13) (21) a200509551 (22) 11.10.2005 (24) 10.12.2008 (46) 10.12.2008, Бюл.№ 23, 2008 р. (72) КАРПОВ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, U A, ЧЕРНИШОВ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ, UA, ЧУКАЛІН ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ, U A, ЯРМОЛЬЧУК СЕРГІЙ АРКАДІЙОВИЧ, UA (73) КАРПОВ ОЛЕКСАНДР ІВАНОВИЧ, U A, ЧЕРНИШОВ СЕРГІЙ ІВАНОВИЧ, UA, ЧУКАЛІН ІГОР МИКОЛАЙОВИЧ, U A, ЯРМОЛЬЧУК СЕРГІЙ АРКАДІЙОВИЧ, UA (56) UA 68723, 16.08.2004 RU 99112172, 10.04.2001 RU 2178604, 10.04.2001 US 5323168, 21.06.1994 UA 39763, 15.06.2001 RU 2084058, 10.07.1997 EP 0673801, 27.09.1995 US 5278572, 11.01.1994 DE 10015583, 23.11.2000 C2 1 3 84868 діелектрика, що призводить до збільшення ваги і габаритів антени, а, отже, радіотелефону. За прототип пропонованої антени обрано антену для мобільного радіотелефону, яка містить випромінювач у вигляді навантаженого несиметричного вібратора і заземлений випромінювач, що виконує функцію противаги, які розміщені на одній поверхні діелектричної пластини і з'єднані з друкованою платою радіотелефону за допомогою фідера - коаксіального кабелю [патент Російської Федерації №2178604, кл. H01Q1/24, опубл. 2002]. Вібратор антени утворено двома провідниками заданої довжини, з яких перший орієнтований горизонтально, а другий, що має форму меандра, вертикально. Верхній кінець другого провідника навантажений на перший провідник, а нижний кінець з'єднаний з центральним провідником фідера. Противага антени виконана з двох провідників у формі меандра, які розташовані симетрично відносно вертикально орієнтованого провідника випромінювача і з'єднані з оболонкою коаксіального кабелю. У робочому положенні антенну систему розташовують вертикально, наприклад, у відкидній кришці корпусу радіотелефону. Зменшення геометричних розмірів антенипрототипу досягається за рахунок використання меандрових провідникових ліній, що є небажаним, оскільки призводить до звуження смуги пропускання внаслідок підвищення індуктивності антени. Крім того, ортогональність провідників вібратора, як і ортогональне розміщення вібратора відносно противаги в антені даної конструкції негативно впливає на ККД антени, оскільки веде до зниження опір випромінювання. Таким чином, відомі спроби мінімізувати масогабаритні характеристики друкованих антен неминуче спричиняють погіршання їх робочих характеристик - ККД і ширини смуги пропускання, які суттєво впливають на надійність та якість мобільного радіозв'язку. Технічною задачею винаходу є створення малогабаритної антени для мобільного радіотелефону, в якій за рахунок нового виконання вібратора і противаги забезпечено високий ККД в широкій смузі пропускання. Для вирішення поставленої задачі в антені для мобільного радіотелефону, яка містить розташовані на одній стороні діелектричної пластини і з'єднані з фідером вібратор і противагу, які мають кожний два плоскі провідники, згідно з винаходом, вібратор додатково містить третій провідник, виконаний у вигляді плоскої спіралі, який одним кінцем з'єднаний з першим провідником вібратора і має розширення на вільному кінці, і не менш ніж дві плоскі одновиткові котушки індуктивності, розташовані паралельно одна одній по різні сторони від третього провідника і з'єднані з першим і другим провідниками вібратора. Противага також має не менш ніж дві плоскі одновиткові котушки індуктивності, розташовані паралельно одна одній і з'єднані з першим і другим провідниками противаги. Другі провідники вібратора і противаги розташовані в середній частині діелектричної пластини і з'єднані з фідером. 4 Діелектричну пластину доцільно установлювати в корпусі мобільного радіотелефону з можливістю розміщення третього провідника вібратора поблизу від звуковідтворювального засобу мобільного радиотелефону. Діелектрична пластина може бути виконана вигнутою з можливістю розміщення противаги між монтажною платою і акумуляторною батареєю радіотелефону. В антені для радіотелефону пропонованої конструкції, завдяки оснащенню новими елементами - паралельно увімкненими котушками індуктивності і провідником у вигляді плоскої спіралі, які виконують функцію шлейфів, підвищено опір випромінювання, що сприяє підвищенню випромінюваної потужності і позитивно впливає на ККД антени. Це ілюструється наведеною нижче формулою, яка відображає залежність опору випромінювання від кількості шлейфів антени [К. Ротхаммель. Антенны. Москва. "Энергия". 1979. с.15-17]. 1 1 P = (nI)2 RH = I2 4RH , 2 2 де Р - потужність, що випромінюється антеною; I - струм в шлейфа х антени; RИ - опір випромінювання антени; n - кількість шлейфів. Таким чином, уведення двох котушок індуктивності сприяє збільшенню опору випромінювання антени в 4 рази; трьох - в 5,2 рази і т. д. При цьому опір втрат збільшується при використанні двох котушок індуктивності лише в два рази, трьох - в три рази і т.д. Окрім того, використання в антені пропонованої конструкції паралельно увімкнених котушок індуктивності позитивно впливає на ККД антени, оскільки збільшення вхідного опору антени полегшує її узгодження з фідером, зменшуючи потужність втрат. Увімкнення котушок індуктивності вібратора і противаги у такий спосіб, що напрями струму в них однакові, сприяє збільшенню опору випромінювання антени і зменшенню її індуктивності, завдяки чому збільшуються ККД і ширина смуги пропускання антени. Конструктивне виконання антени на одній поверхні діелектричної пластини з розташуванням вібратора на одному її кінці, противаги - на протилежному, а других провідників вібратора і противаги - в середній частині діелектричної пластини с раціональним з точки зору компонування елементів антени в плоскому нодовжному корпусі радіотелефону. Розміщення вібратора з провідником у вигляді плоскої спіралі з розширенням на вільному кінці в безпосередній близькості від звуковідтворювального пристрою радіотелефону забезпечує підвищення потужності випромінювання антени. Виконання діелектричної пластини вигнутою дозволяє розмістити противагу антени між монтажною платою і акумуляторною батареєю радіотелефону паралельно та з зазором відносно них. Таке розташування антени усередині корпусу радіотелефону створює додаткове ємнісне навантаження, зменшуючи тим самим хвильовий опір ан 5 84868 тени, що сприяє підвищенню ККД антенної системи в широкій смузі пропускання. Суть винаходу пояснюється кресленнями, представленими на фігура х 1-3. Фіг.1 - схематичне креслення антени. Фіг.2 - схема, що ілюструє напрями струму в плоских одновиткових котушках індуктивності антени. Фіг.3 - приклад розташування антени в корпусі мобільного радіотелефону. У кращому прикладі здійснення винаходу антена для мобільного радіотелефону (Фіг.1) містить вібратор 1, противагу 2 і фідер 3. Вібратор 1 і противага 2 розміщені на одній стороні діелектричної пластини 4 на протилежних її кінцях і з'єднані з фідером 3. Вібратор 1 містить перший, другий і третій плоскі провідники 5-7 відповідно і, наприклад, чотири плоскі одновиткові котушки 8 індуктивності. Перший провідник 5 виконаний у вигляді пластини. Другий провідник 6, що виконаний у вигляді плоского стрічкового провідника, розміщений в середній частині діелектричної пластини 4 і з'єднаний з фідером 3. Третій провідник 7 виконаний у вигляді плоскої спиралі, одним кінцем з'єднаний з першим провідником 5 вібратора 1 і має розширення 9 на вільному кінці. Плоскі одновитков! котушки 8 індуктивності розташовані паралельно одна одній по різні сторони від третього провідника 7 (по дві котушки 8 с кожної сторони) і з'єднані з першим і другим провідниками 5 і 6 вібратора 1. Противага 2 містить перший і другий плоскі провідники 10 і 11 відповідно і, наприклад, чотири плоскі одновиткові котушки 12 індуктивності. Перший провідник 10 противаги 2 виконаний у вигляді прямокутної пластини з прямокутним вирізом у віддаленому від плоских одновиткових котушок 12 індуктивності куті. Другий провідник 11, що виконаний у вигляді плоского стрічкового провідника, розміщений в середній частині діелектричної пластини 4 і з'єднаний з фідером 3. Плоскі одновиткові котушки 12 індуктивності паралельні одна одній і з'єднані з першим і другим провідниками 10 і 11 противаги 2. Фідер 3 виконаний, наприклад, у вигляді коаксіального кабелю 13, центральний провідник якого з'єднаний з провідником 6 вібратора 1, а оболонка - з провідником 11 противаги 2. В конкретному прикладі здійснення винаходу, показаному на Фіг.3, діелектрична пластина 4 виконана вигнутою, що дає можливість розмістити противагу 2 між монтажною платою 14 радіотелефону і акумуляторною батареєю 15 паралельно і з зазором відносно них, величина якого обирається виходячи з умови мінімального впливу розміщених на монтажній платі 14 компонентів на параметри 6 антени. При цьому котушки 12 індуктивності доцільно змістити до центру антени, залишаючи по боках простір для, наприклад, контактних площадок акумуляторної батареї 15 радіотелефону. Виріз у нижній частині провідника 11 може бути використаний для, наприклад, контактних виводів індивидуальної карти користувача. Вільний кінець третього провідника 7 з розширенням 9 доцільно розмістити поблизу звуковідтворювального пристрою 17 радіотелефону. Конструктивно антена може бути виконана способом друкованого монтажу на одній поверхні діелектричної пластини 4. Антена для мобільного радіотелефону працює так. Під дією прийнятого сигналу у разі використання антени в якості приймальної або під дією сигналу, який надходить від плати 14 через фідер 3 у разі використання антени в якості передавальної, у вібраторі 1, противазі 2 та в котушках 8 і 12 протікають синфазні електричні струми (Фіг.2), які виділяють на опорі випромінювання потужність, що приймається чи випромінюється, а на опорі втрат - теплову потужність. Параметри антени обрані таким чином, що чотири паралельно увімкнені котушки індуктивності забезпечують шестиразове збільшення опору випромінювання, але чотириразове збільшення опору втрат. Отже, опір випромінювання значно перевищує опір теплових втрат, завдяки чому ККД антени підтримується на високому рівні. Паралельне з'єднання котушок 8 і 12 індуктивності та збільшення ширини вібратора 1 і противаги 2 за рахунок виконання їх провідників 5 і 10 у вигляді пластин, дозволяють зменшити індуктивність антени і збільшити її ємність, що позитивно впливає на ширину смуги пропускання антени. Розташування провідника 7 вібратора 1 таким чином, щоб його вільний кінець з розширенням 9 був розміщений поблизу від звуковідтворювального пристрою 17 радіотелефону, сприяє зростанню випромінюваної потужності антени. Розташування противаги 2 між монтажною платою 14 і акумуляторною батареєю 15 паралельно відносно них створює додаткове ємнісне навантаження антени і зменшує її хвильовий опір, внаслідок чого розширюється смуга пропускання і підвищується ККД антени. Таким чином, антена пропонованої конструкції при розміщенні її в корпусі радіотелефону є оптимально пристосованою для взаємодії з рештою елементів радіотелефону, які прямо чи посередньо впливають на випромінювальну здатність антени, що дозволяє отримати достатньо просту і ефективну антенну систему радіотелефону з високими робочими характеристиками. 7 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 84868 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601