RU2763110C1 - Shirokov's active transceiver antenna - Google Patents
Shirokov's active transceiver antenna Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763110C1 RU2763110C1 RU2021112828A RU2021112828A RU2763110C1 RU 2763110 C1 RU2763110 C1 RU 2763110C1 RU 2021112828 A RU2021112828 A RU 2021112828A RU 2021112828 A RU2021112828 A RU 2021112828A RU 2763110 C1 RU2763110 C1 RU 2763110C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- field
- microstrip
- terminal
- effect transistor
- Prior art date
Links
- 230000005669 field effect Effects 0.000 claims abstract description 55
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 30
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 4
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003321 amplification Effects 0.000 abstract description 5
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 3
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 3
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 3
- 230000003534 oscillatory effect Effects 0.000 description 2
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 2
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000368 destabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q13/00—Waveguide horns or mouths; Slot antennas; Leaky-waveguide antennas; Equivalent structures causing radiation along the transmission path of a guided wave
- H01Q13/10—Resonant slot antennas
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q23/00—Antennas with active circuits or circuit elements integrated within them or attached to them
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Description
Изобретение принадлежит к антенной технике и может быть использовано в системах радиосвязи, радионавигации, радиолокации, системах радиочастотной идентификации.The invention belongs to antenna technology and can be used in radio communication systems, radio navigation, radar, radio frequency identification systems.
Известны активные антенны (см. например кн. Должиков В. В., Цыбаев Б. Г. Активные передающие антенны. — М., 1984, или кн. Устройства СВЧ и антенны. Проектирование фазированных антенных решеток. Под ред. Д. И. Воскресенского. Изд. 4-е, доп. и перераб. — М.: Радиотехника, 2003). Активная антенна — антенна, содержащая в своей структуре активные устройства, в частности усилители мощности (передающая активная антенна) или малошумящие усилители (приемная активная антенна). Чаще всего активной антенной является антенная решетка. При этом использование активных устройств в передающей активной антенне позволяет компенсировать потери в трактах и обеспечивать оптимальное распределение амплитуд и фаз токов по излучающей апертуре. Приемная активная антенна со встроенными малошумящими усилителями имеет существенно большее отношение сигнал/шум на входе приемника по сравнению с аналогичной пассивной антенной. Однако описанные активные антенны предназначены либо для приема сигналов, либо для их излучения. При этом представляет особый интерес построение приемопередающей активной антенны, способной как принимать сигналы, так и излучать их, причем делать это одновременно.Known active antennas (see, for example, Prince Dolzhikov V. V., Tsybaev B. G. Active transmitting antennas. - M., 1984, or the book. Microwave devices and antennas. Design of phased antenna arrays. Ed. By D. I. Voskresensky, 4th ed., Additional and revised - M .: Radiotekhnika, 2003). Active antenna - an antenna containing active devices in its structure, in particular power amplifiers (transmitting active antenna) or low noise amplifiers (receiving active antenna). The most common active antenna is an antenna array. At the same time, the use of active devices in the transmitting active antenna makes it possible to compensate for the losses in the paths and to ensure the optimal distribution of the amplitudes and phases of the currents over the radiating aperture. An active receiving antenna with built-in low-noise amplifiers has a significantly higher signal-to-noise ratio at the receiver input as compared to a similar passive antenna. However, the described active antennas are designed to either receive signals or to emit them. In this case, it is of particular interest to construct a transmit-receive active antenna capable of both receiving signals and emitting them, and doing this simultaneously.
Наиболее близким к предполагаемому изобретению относится Патент на изобретение России № 2594343, Россия. МПК H01Q 13/10 (2006.01), H01Q 23/00 (2006.01), «Активная приемопередающая антенна Широкова», опубл. 10.08.2016, Бюл. №22. Активная приемопередающая антенна содержит полевой транзистор, микрополосковую антенну на диэлектрической подложке, экранирующую пластину, блокировочный конденсатор, разъем ввода/вывода микроволновых сигналов. При этом микрополосковая антенна дополнительно имеет три вывода, соединенные в ее различных модификациях с полевым транзистором и с экранирующей пластиной. Указанная антенна способна принимать микроволновые сигналы, а затем их усиливать регенеративным усилителем, работая при этом в режиме приема. В тоже время антенна способна сначала усиливать микроволновые сигналы тем же самым регенеративным усилителем, а затем их излучать в свободное пространство, работая при этом в режиме передачи. Причем никаких переключений режимов работы антенны не происходит. Более того, антенна способна одновременно и принимать и передавать сигналы. Closest to the alleged invention belongs to the Patent for invention of Russia № 2594343, Russia. IPC H01Q 13/10 (2006.01), H01Q 23/00 (2006.01), "Shirokov's active transceiver antenna", publ. 08/10/2016, Bul. No. 22. The active transceiver antenna contains a field-effect transistor, a microstrip antenna on a dielectric substrate, a shielding plate, a blocking capacitor, and a microwave signal input / output connector. In this case, the microstrip antenna additionally has three leads connected in its various modifications with a field-effect transistor and with a shielding plate. This antenna is capable of receiving microwave signals, and then amplifying them with a regenerative amplifier, while operating in the receive mode. At the same time, the antenna is capable of first amplifying microwave signals with the same regenerative amplifier, and then radiating them into free space, while operating in the transmission mode. Moreover, no switching of the antenna operation modes occurs. Moreover, the antenna is capable of simultaneously receiving and transmitting signals.
Однако, указанная антенна в качестве активного элемента содержит полевой транзистор, два вывода которого (затвор и исток) подключены через отверстия в заземляющей пластине и излучающему элементу в двух его точках, разнесенных на известное расстояние. Поскольку это расстояние имеет место быть, то транзистор нельзя при этом рассматривать как точечный элемент с нулевой длиной его выводов (затвор и исток). При этом в конструкции антенны присутствуют проводники известной длины, соединяющие затвор и исток транзистора с излучающим элементом антенны. Эти проводники обладают на рабочей частоте антенны известной паразитной индуктивностью и емкостью, что затрудняет расчет всей антенны и неизбежно ухудшает ее усилительные свойства. При моделировании антенны в среде проектирования Microwave Office было замечено, что с уменьшением рабочей частоты антенны усиление антенны уменьшается, а не увеличивается, как это ожидалось, учитывая частотные свойства транзистора. Данный эффект можно объяснить тем, что увеличиваются сами размеры излучающего элемента антенны и, как следствие, увеличивается расстояние между точками подключения электродов транзистора к излучающему элементу. Это, в свою очередь, приводит к увеличению паразитных индуктивностей выводов и снижению усиления антенны в целом. Для примера, на фиг. 1 показаны результаты моделирования активной приемопередающей антенны по патенту № 2594343 на рабочей частоте 1,325 ГГц. Как видно из рисунка, дополнительное усиление антенны (разница между коэффициентами передачи собственно самой электромагнитной структуры и структуры с полевым транзистором) составляет всего 13 дБ, что и является дополнительным усилением антенны за счет присутствия активного элемента. Для сведения, дополнительное усиление антенны, изготовленной по той же конструкции на более высоких частотах (меньшие размеры излучающего элемента), было более высоким, например, на частоте 1,6 ГГц дополнительное усиление антенны составляло около 18 дБ.However, the specified antenna as an active element contains a field-effect transistor, two outputs of which (gate and source) are connected through the holes in the grounding plate and the radiating element at two of its points spaced at a known distance. Since this distance takes place, then the transistor cannot be considered as a point element with zero length of its terminals (gate and source). In this case, the antenna design contains conductors of known length, connecting the gate and source of the transistor with the radiating element of the antenna. These conductors have a known parasitic inductance and capacitance at the operating frequency of the antenna, which makes it difficult to calculate the entire antenna and inevitably degrades its amplifying properties. When simulating the antenna in the Microwave Office design environment, it was observed that with decreasing the operating frequency of the antenna, the antenna gain decreases, rather than increases, as expected, given the frequency properties of the transistor. This effect can be explained by the fact that the very dimensions of the radiating element of the antenna increase and, as a consequence, the distance between the points of connection of the transistor electrodes to the radiating element increases. This, in turn, leads to an increase in the parasitic inductances of the leads and a decrease in the antenna gain as a whole. For example, in FIG. 1 shows the results of modeling an active transceiver antenna according to patent No. 2594343 at an operating frequency of 1.325 GHz. As can be seen from the figure, the additional antenna gain (the difference between the transmission coefficients of the electromagnetic structure itself and the structure with a field-effect transistor) is only 13 dB, which is an additional antenna gain due to the presence of an active element. For information, the additional gain of an antenna made according to the same design at higher frequencies (smaller dimensions of the radiating element) was higher, for example, at 1.6 GHz, the additional antenna gain was about 18 dB.
В основу изобретения поставлена задача повышения усиления активной приемопередающей антенны вне зависимости от рабочей частоты и размеров излучающего элемента антенны. Поставленная задача достигается следующим образом. The basis of the invention is the task of increasing the gain of an active transceiver antenna, regardless of the operating frequency and the size of the radiating element of the antenna. The task is achieved in the following way.
Активная приемопередающая антенна, содержащая полевой транзистор, микрополосковую антенну на диэлектрическом подложке, экранирующую пластину, блокировочный конденсатор, причем микрополосковая антенна имеет четыре вывода, расположенные на одной ее осевой линии, причем первый вывод находится в центре микрополосковой антенны, второй вывод смещен от центра к краю на некоторое известное расстояние и третий вывод смещен от центра еще дальше к тому же краю на некоторое другое известное расстояние, при этом первый вывод микрополоской антенны соединен с экранирующей пластиной, которая соединена также с общим проводом питания, при этом второй вывод микрополосковой антенны проходит через первое отверстие в экранирующей пластине, а третий вывод микрополосковой антенны проходит через второе отверстие в экранирующей пластине и соединен с затвором полевого транзистора, при этом сток полевого транзистора соединен с первым выводом блокировочного конденсатора, второй вывод которого соединен с экранирующей пластиной, при этом на сток полевого транзистора подают напряжение питания активного элемента, при этом четвертый вывод микрополосковой антенны проходит через третье отверстие в экранирующей пластине и соединен с высокочастотным разъемом, при этом четвертый вывод расположен на известном расстоянии на той же оси, что и первые три вывода микрополосковой антенны, причем четвертый вывод может быть расположен как справа, так и слева от первого вывода, соединяющего центр микрополосковой антенны с экранирующей пластиной, при этом на высокочастотный разъем подают радиочастотный сигнал, который затем усиливают полевым транзистором и излучают микрополосковой антенной электромагнитную волну, вместе с тем микрополосковой антенной принимают электромагнитную волну, которую затем усиливают полевым транзистором и на высокочастотном разъеме снимают радиочастотный сигнал, причем прием и излучение сигналов можно производить одновременно, причем отводы микрополосковой антенны, параметры полевого транзистора и напряжение внешнего смещения, подаваемого на электроды полевого транзистора, подобраны таким образом, чтобы не выполнялось условие самовозбуждения схемы и генерации сигналов, при этом используют различные типы полевых транзисторов, отличающиеся по количеству электродов (один затвор или два затвора) и различные способы подачи на электроды полевого транзистора напряжения смещения, обеспечивающее требуемое усиление активной антенны при отсутствии самовозбуждения всей схемы,An active transceiver antenna containing a field-effect transistor, a microstrip antenna on a dielectric substrate, a shielding plate, a blocking capacitor, and the microstrip antenna has four leads located on one of its axial lines, the first lead being located in the center of the microstrip antenna, the second lead being offset from the center to the edge at a certain known distance and the third terminal is offset from the center even further to the same edge at some other known distance, while the first terminal of the microstrip antenna is connected to the shielding plate, which is also connected to the common power wire, while the second terminal of the microstrip antenna passes through the first hole in the shielding plate, and the third terminal of the microstrip antenna passes through the second hole in the shielding plate and is connected to the gate of the field-effect transistor, while the drain of the field-effect transistor is connected to the first terminal of the blocking capacitor, the second terminal of which is connected to the shielding with a plate, while the supply voltage of the active element is applied to the drain of the field-effect transistor, while the fourth terminal of the microstrip antenna passes through the third hole in the shielding plate and is connected to the high-frequency connector, while the fourth terminal is located at a known distance on the same axis as the first three terminals of the microstrip antenna, and the fourth terminal can be located both to the right and to the left of the first terminal connecting the center of the microstrip antenna to the shielding plate, while a radio frequency signal is supplied to the high-frequency connector, which is then amplified by a field-effect transistor and emitted by the microstrip antenna an electromagnetic wave, at the same time, an electromagnetic wave is received by the microstrip antenna, which is then amplified by a field-effect transistor and a radio-frequency signal is removed at the high-frequency connector, and the reception and emission of signals can be performed simultaneously, and the taps of the microstrip antenna, the parameters of the field-effect The side and the external bias voltage supplied to the electrodes of the field-effect transistor are selected in such a way that the condition of self-excitation of the circuit and generation of signals is not fulfilled, while using different types of field-effect transistors that differ in the number of electrodes (one gate or two gates) and different methods of supply to the electrodes of the field-effect transistor of the bias voltage, providing the required gain of the active antenna in the absence of self-excitation of the entire circuit,
отличающаяся тем, что второй вывод микрополосковой антенны, который пропускают через первое отверстие в экранирующей пластине, соединен с первым сигнальным выводом отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи известной длины, первый заземляющий вывод которой соединен с экранирующей пластиной в непосредственной близости от первого отверстия в экранирующей пластине, а второй сигнальный вывод отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи известной длины соединен с истоком полевого транзистора, а второй заземляющий вывод отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи известной длины соединен с экранирующей пластиной в непосредственной близости от места физического расположения истока полевого транзистора, при этом длину отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи выбирают заведомо больше расстояния между вторым и третьим выводами микрополосковой антенны.characterized in that the second terminal of the microstrip antenna, which is passed through the first hole in the shielding plate, is connected to the first signal terminal of a segment of a microstrip or coaxial transmission line of known length, the first ground terminal of which is connected to the shielding plate in the immediate vicinity of the first hole in the shielding plate, and the second signal terminal of a segment of a microstrip or coaxial transmission line of a known length is connected to the source of a field-effect transistor, and the second grounding terminal of a segment of a microstrip or coaxial transmission line of a known length is connected to a shielding plate in the immediate vicinity of the physical location of the source of a field-effect transistor, while the length of a segment of a microstrip or a coaxial transmission line is chosen deliberately greater than the distance between the second and third leads of the microstrip antenna.
Сравнение предполагаемого изобретения с уже известным прототипом показывает, что заявляемое устройство проявляет новые технические свойства, заключающиеся в обеспечении высокого усиления активной приемопередающей антенны при любых размерах излучающего элемента (собственно микрополосковой антенны) и, соответственно, при любой рабочей частоте антенны. Эти свойства предполагаемого изобретения являются новыми, так как в устройстве прототипе, в силу присущих им недостатков, обусловленных наличием дополнительных проводников (удлинении выводов транзистора) вызывает появление паразитных конструктивных индуктивностей и емкостей, что снижает усиление антенны с уменьшением рабочей частоты (увеличением размеров излучающего элемента). В заявляемом устройстве длины выводов полевого транзистора (первого или единственного затвора и истока) могут быть предельно малыми, обеспечивающими исключительно их пайку к элементам конструкции. При этом первый или единственный затвор транзистора подпаивается непосредственно к третьему выводу микрополосковой антенны (отрезок провода или вывод самого транзистора), проходящего через второе отверстие в экранирующей пластине. Длина этого отрезка провода может быть предельно малой, она определяется, в основном, толщиной диэлектрической пластины микрополоскового излучающего элемента активной антенны. Исток транзистора подпаивается ко второму сигнальному концу отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи известной длины. Длина этого вывода транзистора может быть предельно малой, обеспечивающей собственно пайку электрода транзистора к сигнальному концу отрезка линии передачи. При этом первый конец отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи известной длины подпаивается ко второму выводу микрополосковой антенны, проходящему через первое отверстие в экранирующей пластине, представляющего собой отрезок провода предельно малой длины, определяемом, в основном, толщиной диэлектрической пластины микрополоскового излучающего элемента активной антенны. При этом длину отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи выбирают заведомо больше, чем расстояние между вторым и третьим выводами микрополосковой антенны. Comparison of the proposed invention with an already known prototype shows that the claimed device exhibits new technical properties, consisting in providing a high gain of an active transceiver antenna for any size of the radiating element (actually a microstrip antenna) and, accordingly, for any operating frequency of the antenna. These properties of the alleged invention are new, since in the prototype device, due to their inherent disadvantages due to the presence of additional conductors (lengthening of the transistor terminals), it causes the appearance of parasitic structural inductances and capacitances, which reduces the antenna gain with a decrease in the operating frequency (increase in the size of the radiating element) ... In the claimed device, the lengths of the terminals of the field-effect transistor (the first or the only gate and source) can be extremely small, providing only their soldering to the structural elements. In this case, the first or only gate of the transistor is soldered directly to the third terminal of the microstrip antenna (a piece of wire or the terminal of the transistor itself) passing through the second hole in the shielding plate. The length of this piece of wire can be extremely small, it is mainly determined by the thickness of the dielectric plate of the microstrip radiating element of the active antenna. The source of the transistor is soldered to the second signal end of a segment of a microstrip or coaxial transmission line of known length. The length of this terminal of the transistor can be extremely small, providing the actual soldering of the transistor electrode to the signal end of the transmission line segment. In this case, the first end of a segment of a microstrip or coaxial transmission line of a known length is soldered to the second terminal of the microstrip antenna passing through the first hole in the shielding plate, which is a piece of wire of an extremely small length, determined mainly by the thickness of the dielectric plate of the microstrip radiating element of the active antenna. In this case, the length of the segment of the microstrip or coaxial transmission line is chosen deliberately greater than the distance between the second and third terminals of the microstrip antenna.
Указанную активную приемопередающую антенну можно реализовать по схеме, приведенной на фиг.2.The specified active transceiver antenna can be implemented according to the scheme shown in Fig.2.
Не сужая рамки реализации конструкции, рассмотрим только вариант использования двухзатворного полевого транзистора, как обеспечивающего наибольшую простоту подачи регулирующих напряжений смещения и имеющего наименьшее количество элементов схемы. Другие схемы подключения полевого транзистора с одним затвором подробно рассмотрены в прототипе (Патент на изобретение России № 2594343).Without narrowing the scope of the implementation of the design, we will consider only the option of using a two-gate field-effect transistor, as providing the greatest ease of supply of regulating bias voltages and having the least number of circuit elements. Other circuits for connecting a field-effect transistor with one gate are discussed in detail in the prototype (Patent for invention of Russia No. 2594343).
Активная приемопередающая антенна состоит из высокочастотного разъема подачи и съема радиочастотных сигналов 1, микрополосковой антенны 2, расположенной на диэлектрической подложке 3 с экранирующей пластиной 4, имеющей первое отверстие 5, второе отверстие 6, третье отверстие 7, блокировочного конденсатора 8, клеммы подачи напряжения питания 9, полевого транзистора 10 с двумя затворами, клеммы подачи напряжения управления постоянного тока 11, отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12, причем микрополосковая антенна выполнена с отводами (выводами), расположенными по ее оси на известном расстоянии друг от друга, при этом микрополосковая антенна имеет четыре вывода.The active transceiver antenna consists of a high-frequency connector for supplying and removing
При этом первый вывод микрополосковой антенны 2 расположен в ее центре и соединен с экранирующей пластиной 4, которая соединена с общим проводом, второй вывод микрополосковой антенны 2 через первое отверстие 5 в экранирующей пластине 4 соединен с первым сигнальным выводом отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12, первый заземляющий вывод которого соединен с экранирующей пластиной в непосредственной близости от первого отверстия 5, а второй сигнальный вывод отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12 соединен с истоком полевого транзистора 10, а второй заземляющий вывод отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12 соединен с заземляющей пластиной в месте физического расположения истока полевого транзистора 10, при этом третий вывод микрополосковой антенны 2 через второе отверстие 6 в экранирующей пластине 4 соединен с первым затвором полевого транзистора 10, второй затвор которого соединен с клеммой подачи напряжения управления постоянного тока 11, при этом четвертый вывод микрополосковой антенны 2 через третье отверстие 7 в экранирующей пластине 4 соединен с высокочастотным разъемом подачи и съема радиочастотных сигналов 1, при этом сток полевого транзистора 10 соединен с первым выводом блокировочного конденсатора 8 и с клеммой подачи напряжения питания 9, а второй вывод блокировочного конденсатора 8 соединен с экранирующей пластиной 4, которая соединена с общим проводом.In this case, the first terminal of the
Активная приемопередающая антенна может работать одновременно как на прием, так и на передачу.An active transceiver antenna can work simultaneously for both reception and transmission.
Рассмотри режим приема. Микрополосковая антенна 2 на диэлектрической подложке 3 с экранирующей пластиной 4 образуют структуру, способную преобразовывать принимаемые электромагнитные волны в электрические сигналы. При приеме электромагнитных волн на третьем выводе микрополосковой антенны 2 наводится радиочастотный сигнал (напряжение), который поступает на первый затвор полевого транзистора 10 напрямую. Это радиочастотное напряжение вызывает появление синфазного тока через канал полевого транзистора 10, который частично протекает через микрополосковую антенну 2 за счет соединения истока полевого транзистора 10 со вторым сигнальным выводом отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12, первый сигнальный вывод которого соединен со вторым выводом микрополосковой антенны 2. При этом ток через микрополосковую антенну 2 в ее части между первым и вторым выводами, оказывается синфазным входному сигналу (напряжению). Синфазность тока через микрополосковую антенну 2 в ее части между первым и вторым выводами входному сигналу (напряжению) достигается соответствующим выбором длины отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12. Надо понимать, что синфазность сигналов достигается периодически при изменении длины отрезка в широких пределах. Важно, чтобы длина отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12 была заведомо больше расстояния между вторым и третьим выводами микрополосковой антенны. При достижении синфазности сигналов реализуется положительная обратная связь и осуществляется регенеративное усиление радиочастотного сигнала. Максимальной величины усиление схемы достигает при резонансе колебательной системы, образованной микрополосковой антенной 2 и входной емкостью полевого транзистора 10. Выходной усиленный радиочастотный сигнал снимают с четвертого вывода микрополосковой антенны 2 и подают на высокочастотный разъем подачи и съема радиочастотных сигналов 1. При этом положение четвертого вывода микрополосковой антенны 2 выбирают с точки зрения согласования входного/выходного сопротивления активной антенны с волновым сопротивлением входного/выходного фидера. Consider the reception mode.
В режиме передачи радиочастотный сигнал через высокочастотный разъем подачи и съема радиочастотных сигналов 1 подают на четвертый вывод микрополосковой антенны 2. При этом на третьем выводе микрополосковой антенны 2 наводится радиочастотный сигнал (напряжение), синфазный с входным сигналом. Синфазный наведенный сигнал поступает на первый затвор полевого транзистора 10 напрямую. Это радиочастотное напряжение вызывает появление синфазного тока через канал полевого транзистора 10, который частично протекает через микрополосковую антенну 2 за счет соединения истока полевого транзистора 10 со вторым сигнальным выводом отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12, первый сигнальный вывод которого соединен со вторым выводом микрополосковой антенны 2. При этом ток через микрополосковую антенну 2 в ее части между первым и вторым выводами, оказывается синфазным с входным сигналом (напряжением). Другими словами реализуется положительная обратная связь и осуществляется регенеративное усиление радиочастотного сигнала. Выходной усиленный радиочастотный сигнал излучается структурой, образованной микрополосковой антенной 2 на диэлектрической подложке 3 с экранирующей пластиной 4.In the transmission mode, the radio frequency signal through the high-frequency connector for supplying and removing
Первый вывод микрополосковой антенны 2, соединенный с экранирующей пластиной 4 и с общим проводом, обеспечивает замыкание цепи по постоянному току, подавая тем самым напряжение питания на исток полевого транзистора 10. Это замыкание микрополосковой антенны 2 на общий провод через её первый вывод не оказывает никакого влияния на резонансную цепь микрополосковой антенны, поскольку этот вывод находится в центре микрополосковой антенны 2 и при резонансе амплитуда колебаний напряжения в этой точке колебательной системы равна нулю.The first terminal of the
Входные и выходные радиочастотные сигналы разделяют, при необходимости, любым известным методом, например с помощью направленного ответвителя или циркулятора. The RF input and output signals are separated, if necessary, by any known method such as a directional coupler or circulator.
Блокировочный конденсатор 8 служит для соединения стока полевого транзистора 10 по переменному току с общим проводом. Напряжение питания активной антенны подают через клемму 9 на сток полевого транзистора 10.The blocking
Принципиальная схема заявляемой активной приемопередающей антенны напоминает традиционный генератор высокочастотных колебаний, построенный по схеме индуктивной трехточки (генератор Хартли). Однако в заявляемой активной приемопередающей антенне отводы микрополосковой антенны 2, параметры полевого транзистора 10, а также регулирующее напряжение, подаваемое на второй затвор полевого транзистора подобраны таким образом, чтобы условие самовозбуждения схемы не выполнялось и генерации сигналов не наступало. При этом, чем точнее и ближе само расположение второго вывода микрополосковой антенны 2, параметры полевого транзистора 10 и значение управляющего напряжения, подаваемого на клемму 11, соответствуют выполнению условию самовозбуждения схемы, тем больше коэффициент усиления активной антенны. Дополнительно усиление антенны можно регулировать изменением длины отрезка микрополосковой или коаксиальной линии передачи 12.The schematic diagram of the claimed active transceiver antenna resembles a traditional high-frequency oscillator, built according to the inductive three-point scheme (Hartley generator). However, in the claimed active transceiver antenna, the taps of the
Представляется следующий путь выбора указанных параметров. Определяется критический режим работы активной антенны, при котором начинает выполняться условие самовозбуждения схемы, после чего один из указанных параметров, если это возможно, изменяют, например, на 10% в сторону срыва процесса генерации. При этом обеспечивают стабильную работу активной приемопередающей антенны в широком диапазоне изменения дестабилизирующих факторов и при широком разбросе параметров электронных компонентов схемы активной антенны при ее массовом производстве.The following way of selecting the specified parameters is presented. The critical operating mode of the active antenna is determined, at which the self-excitation condition of the circuit begins to be fulfilled, after which one of the indicated parameters, if possible, is changed, for example, by 10% towards the disruption of the generation process. At the same time, stable operation of the active transceiver antenna is ensured in a wide range of changes in destabilizing factors and with a wide spread of parameters of the electronic components of the active antenna circuit during its mass production.
Работа активной приемопередающей антенны была промоделирована в среде проектирования Microwave Office. Моделирование проведено для обоих режимов: приема и передачи. Результат моделирования показан на фиг. 3. Видно, что дополнительное усиление антенны в обоих режимах достигает величины более 26 дБ при рабочей частоте 1,325 ГГц. При этом для антенны прототипа по патенту № 2594343 усиление составляло всего 13 дБ. При этом в обоих случаях использовалась одна и та же модель электромагнитной структуры и одна и та же электрическая схема. В качестве линии передачи использовался отрезок микрополосковой линии. При этом по патенту прототипу длина отрезка микрополосковой линии передачи была равной нулю, а по заявляемому устройству эта длина была равной около 150 мм, и это было единственное отличие моделируемых структур.The operation of the active transceiver antenna was simulated in the Microwave Office design environment. Simulation was carried out for both modes: reception and transmission. The simulation result is shown in FIG. 3. It can be seen that the additional antenna gain in both modes reaches more than 26 dB at an operating frequency of 1.325 GHz. In this case, for the antenna of the prototype according to patent No. 2594343, the gain was only 13 dB. In this case, in both cases, the same model of the electromagnetic structure and the same electrical circuit were used. A segment of a microstrip line was used as a transmission line. In this case, according to the prototype patent, the length of the segment of the microstrip transmission line was equal to zero, and according to the claimed device, this length was equal to about 150 mm, and this was the only difference between the simulated structures.
Народнохозяйственный эффект от использования предполагаемого изобретения связан с появлением возможности строить простые, надежные, стабильные в работе и потребляющие малое количество энергии активные приемопередающие антенны.The national economic effect from the use of the proposed invention is associated with the emergence of the possibility of building simple, reliable, stable in operation and consuming a small amount of energy, active transceiver antennas.
Другой аспект повышения эффективности от использования предполагаемого изобретения связан с возможностью использования заявляемой активной приемопередающей антенны в качестве элемента фазированной антенной решетки. Простота конструкции, надежность в работе, малое потребление энергии в сочетании с большим коэффициентом усиления делает заявляемую активную приемопередающую антенну исключительно полезной во всех областях радиотехники.Another aspect of increasing the efficiency from the use of the proposed invention is associated with the possibility of using the claimed active transceiver antenna as an element of a phased antenna array. The simplicity of design, reliability in operation, low energy consumption in combination with a high gain makes the claimed active transceiver antenna extremely useful in all areas of radio engineering.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021112828A RU2763110C1 (en) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | Shirokov's active transceiver antenna |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021112828A RU2763110C1 (en) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | Shirokov's active transceiver antenna |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2763110C1 true RU2763110C1 (en) | 2021-12-27 |
Family
ID=80039128
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021112828A RU2763110C1 (en) | 2021-05-04 | 2021-05-04 | Shirokov's active transceiver antenna |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2763110C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013180828A1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Raytheon Company | Active electronically scanned array antenna |
| RU2594343C1 (en) * | 2016-04-18 | 2016-08-10 | Игорь Борисович Широков | Shirokov active transceiving antenna |
| US20180069317A1 (en) * | 2015-07-28 | 2018-03-08 | Apple Inc. | Electronic Device Antenna With Switchable Return Paths |
| RU2657320C1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-06-13 | Акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания" (АО "РРК") | Transceiving module of active phased antenna array |
| RU2742539C1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-02-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" | Active transmitting and receiving antenna by shirokov |
-
2021
- 2021-05-04 RU RU2021112828A patent/RU2763110C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013180828A1 (en) * | 2012-05-30 | 2013-12-05 | Raytheon Company | Active electronically scanned array antenna |
| US20180069317A1 (en) * | 2015-07-28 | 2018-03-08 | Apple Inc. | Electronic Device Antenna With Switchable Return Paths |
| RU2594343C1 (en) * | 2016-04-18 | 2016-08-10 | Игорь Борисович Широков | Shirokov active transceiving antenna |
| RU2657320C1 (en) * | 2017-05-10 | 2018-06-13 | Акционерное общество "Рязанская радиоэлектронная компания" (АО "РРК") | Transceiving module of active phased antenna array |
| RU2742539C1 (en) * | 2020-05-27 | 2021-02-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" | Active transmitting and receiving antenna by shirokov |
Non-Patent Citations (3)
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11509066B2 (en) | Three dimensional antenna array module | |
| US9438191B2 (en) | Radio frequency power amplifier circuit | |
| US11689175B2 (en) | Ultra-broad bandwidth matching technique | |
| JP5120788B2 (en) | Radio wave sensor | |
| Lee et al. | Active integrated antenna design using a contact-less, proximity coupled, differentially fed technique | |
| Kim et al. | 79 GHz active array FMCW radar system on low-cost FR-4 substrates | |
| RU2594343C1 (en) | Shirokov active transceiving antenna | |
| US9935581B2 (en) | High-frequency semiconductor amplifier | |
| RU2763110C1 (en) | Shirokov's active transceiver antenna | |
| Kim et al. | Integration of SPDT antenna switch with CMOS power amplifier and LNA for FMICW radar front end | |
| RU2742539C1 (en) | Active transmitting and receiving antenna by shirokov | |
| Kim et al. | Wideband design of the fully integrated transmitter front-end with high power-added efficiency | |
| CN222282227U (en) | Ultra-wideband antenna and electronic equipment | |
| US11686811B2 (en) | High-frequency module | |
| US20160218677A1 (en) | High-frequency semiconductor amplifier | |
| JP2010139258A (en) | High frequency wave sensor device | |
| CN114725668B (en) | Active integrated CPW (compact broadband) feed broadband circularly polarized antenna | |
| Ribate et al. | A trade-off design of microstrip broadband power amplifier for UHF applications | |
| JP2008164354A (en) | High frequency sensor device | |
| CN220474901U (en) | Passive scanning antenna | |
| CN112558054A (en) | Millimeter wave broadband radar platform | |
| US20250030178A1 (en) | Active Receive Antenna | |
| US20170250715A1 (en) | Device comprising a radio communication terminal | |
| Alekseitsev et al. | The modified dual-frequency dipole antenna | |
| Pratap et al. | Squashed amplifier integration in dual slit-cut equilateral triangular microstrip antenna |