WI-FI АНТЕННЫЙ АДАПТЕР

Полезная модель относится к устройствам для изменения формы диаграммы направленности волн, излучаемых антенной, и может быть использована в беспроводных WI-FI точках доступа. В целях формирования требуемой диаграммы направленности предлагаемый WI-FI антенный адаптер может быть применен в качестве усовершенствования штатных ненаправленных антенн беспроводных точек доступа и других радиосредств.
Технология WI-FI является перспективной основой развития беспроводных сетей, получивших широкое применение при использовании различных компактных радиоустройств. Сдерживающим условием ее развития является изначально установленная максимальная эквивалентная изотропно-излучаемая мощность в 100 мВт. При развертывании сети внутри здания в помещениях со сложной конфигурацией и множеством перегородок для обеспечения нормальной работы радиоустройства устанавливают дополнительные точки доступа, такие как ретрансляторы, или подключают внешние антенны с повышенным коэффициентом усиления и суженной диаграммой направленности. Стоимость дополнительных внешних антенн с одной стороны соизмерима со стоимостью WI-FI точек доступа, а с другой, при кабельном соединении, в 1.5-2 раза ослабляет сигнал из-за затухания в фидере.
Известна антенная система с изменяемой формой диаграммы направленности (Пат. РФ №2427947, опубл. 20.04.11) сантиметрового диапазона радиоволн, для частот 8,4-9,2 ГГц. Антенна может быть использована в беспроводных точках доступа и выполнена по схеме возбуждающей антенны и рупорной насадки. Рупорная насадка, при необходимости увеличения коэффициента усиления, обеспечивает его увеличение на 3 dB.
Недостатками известной антенны являются относительная громоздкость габаритов при реализации в дециметровом диапазоне радиоволн, повышенная металлоемкость при изготовлении, неудобства из-за снятия и фиксации рупорной насадки с дискретной регулировкой при применении и повышенная себестоимость антенной системы при производстве.
Наиболее близка к заявленной полезной модели антенна типа "волновой канал" вертикальной поляризации (Харченко К.П. УКВ антенны. - М.: ИП Радиостарт, 2009, стр.152, рис.110) метрового диапазона радиоволн, для частот 50-65 МГц. Антенна - прототип выполнена с активным вибратором штырем - аналогом петлевого вибратора Пистолькорса с органическим симметрированием и согласованием с вертикально подводимым фидером. Недостатками прототипа являются невозможность оперативного регулирования коэффициента усиления и формы диаграммы направленности, кроме ее поворота вокруг своей оси при применении.
Существующие на сегодня WI-FI антенны промышленного изготовления не позволяют оперативно или при установке регулировать форму диаграммы направленности и коэффициент усиления. Их монтаж внутри помещения не позволяет в полной мере адаптировать круговую диаграмму направленности изотропных антенн в прямоугольное или более сложной конигурации помещение, в том числе и с охватом смежных, при обеспечении равных условий по электромагнитной доступности для работы беспроводных радиоустройств. В том числе и на перспективу, в целях обеспечения электромагнитной экологии при работе на пониженных мощностях, при максимальном покрытии площадей помещений.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в регулировании формы диаграммы направленности и изменения коэффициента усиления.
Для достижения указанного технического результата в WI-FI антенном адаптере, содержащем систему вертикальных пассивных вибраторов, представляющих собой рефлектор и как минимум два директора, горизонтальную траверсу, рефлектор установлен на отдельную траверсу, директоры также установлены на отдельную траверсу, каждая траверса снабжена на одном конце кольцом. Причем количество устанавливаемых траверс с директорами определяется требуемыми формой диаграммы направленности и коэффициентом усиления и составляет от 1 до 3. Траверсы с помощью колец устанавливают на активный вибратор точки доступа с возможностью их поворота вокруг оси активного вибратора.
Благодаря наличию этих признаков с помощью предлагаемого адаптера возможно менять форму диаграммы направленности и коэффициент усиления точки доступа в любом помещении, где она установлена.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-7.
На фиг.1 представлен общий вид адаптера в усложненном варианте (три траверсы с директорами и траверса с рефлектором), на фиг.2 - общий вид адаптера с траверсой с рефлектором и с одной траверсой с директорами, на фиг.3 - тоже с траверсой с рефлектором и двумя траверсами с директорами, на фиг.4 - диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях при использовании адаптера, изображенного на фиг.2, на фиг.5 - тоже при использовании адаптера, изображенного на фиг.3, на фиг.6 - то же при использовании адаптера, изображенного на фиг.1, на фиг.7 представлена зависимость параметров антенного устройства от угла раскрыва α..
WI-FI антенный адаптер содержит систему вертикальных пассивных вибраторов, которые представлены одним рефлектором 1 и как минимум двумя директорами 2. Рефлектор 1 и директоры 2 установлены на отдельных траверсах 3. Каждая траверса 3 снабжена на одном конце кольцом 4 (фиг.1, 2, 3). С помощью кольца 4 каждую траверсу 3 устанавливают на активный вибратор 5 точки доступа с возможностью вращения вокруг оси активного вибратора 5 и регулирования углов между ними от 0 до α, то есть обеспечивать регулирование формы диаграммы направленности и других параметров. При нулевом угле раскрыва α. реализуется классический «волновой канал» (фиг.2).
Траверсы 3 и кольца 4 выполнены проводящими. Количество устанавливаемых на активный вибратор 5 точки доступа траверс 3 с директорами 2 может составлять от 1 до 3 и зависит от требуемого коэффициента усиления и от требуемой формы диаграммы направленности. Размеры рефлектора 1 и директоров 2, а также расстояния между ними и активным вибратором 5 точки доступа рассчитывают типовыми, хорошо известными методами вычисления директорных антенн для средней длины волны рабочего диапазона частот.
WI-FI антенный адаптер работает следующим образом. В случаях установки беспроводной точки доступа со штатной ненаправленной антенной в помещениях, где не обеспечивается оптимальная электромагнитная доступность для комплекса беспроводных радиосредств из-за конфигурации или особенностей места установки точки доступа, требуется установка дополнительных точек доступа или подключение внешних антенн, при коммутации кабельными соединениями. Подсоединение внешней антенны, соизмеримой по стоимости с точкой доступа, с использованием коаксиального кабеля, при нивелировании поля накрытия помещения, вносится дополнительное затухание и в общем случае не всегда достигается требуемый результат. Приемлемым нестандартным выходом, помимо установки дополнительных точек доступа и внешних антенн, предлагается штатную антенну дополнить WI-FI антенным адаптером, обеспечивающим необходимую зону перекрытия или повышенную дальность электромагнитной доступности.
WI-FI антенный адаптер устанавливают на штатную ненаправленную антенну, точнее на активный элемент, состоящий из автономного ненаправленного вертикального полуволнового вибратора 5 точки доступа. В случае, когда адаптер (фиг.2) содержит траверсу 3 с рефлектором 1 и одну траверсу 3 директорами 2 и размещении их на одной оси, проходящей через центры α, в и центр узла питания активного вибратора 5 (фиг.2) создается классическая линейная директорная структура типа «волновой канал». Таким образом, реализуют слабонаправленную директорную антенну типа волновой канал с подтверждающими параметрами (фиг.4). Версией направленной директорией антенны является размещение нескольких траверс 3 с директорами 2, смещенных к оси, проходящей через траверсу 3 рефлектора 1. Директорная структура обеспечивает направленность и повышение коэффициента усиления антенны. Дополнительно к этому и с учетом того, что в качестве автономных штатных антенн вертикальной поляризации используют, в основном, коаксиальные антенны с входным сопротивлением 75 Ом, то внесенное сопротивление от рефлектора 1 и директоров 2 понижает его и обеспечивает улучшение согласования с входом точек доступа с сопротивлением 50 Ом, снижая коэффициент стоячих волн.
Промежуточный вариант WI-FI антенного адаптера реализуют установкой на активный вибратор 5 точки доступа двух траверс 3 с директорами 2 с регулируемым углом раскрыва α между ними (фиг.3) и одной траверсы 3 с рефлектором 1. Расположением рефлектора 1 на траверсе 3, являющейся продолжением биссектрисы угла α, реализуют две директорные структуры с общим активным вибратором 5 и общим рефлектором 1, обеспечивая суммарную диаграмму направленности. Изменением угла раскрыва α изменяют апертуру антенны и, как следствие, коэффициент усиления и форму диаграммы направленности, что подтверждают результаты (фиг.5).
В усложненном варианте WI-FI (фиг.1) антенный адаптер содержит три траерсы 3 с директорами 2 и одну траверсу с 3 с рефлектором 1. В этом случае за счет создания мультидиректорной структуры при общем рефлекторе 1 и активном вибраторе 5, в еще большей степени повышают коэффициент усиления антенны и изменяют форму диаграммы направленности. Подтверждающие результаты представлены на фиг.6.
Зависимость изменения параметров антенного устройства с WI-FI антенным адаптером от угла раскрыва α между траверсами 3 показана на фиг.7.
Во всех случаях все элементы, кроме проводников пассивных вибраторов, могут быть выполнены из диэлектрика.
Адаптация точки доступа к месту установки с WI-FI антенным адаптером осуществляют путем наращивания в составе антенны количества директоров 2 и изменения по горизонтали углов между ними, обеспечивая необходимый уровень сигнала в зоне обслуживания.
Все детали WI-FI антенного адаптера имеют простую форму и сделаны из однородных и однотипных материалов. Это позволяет реализовать изготовление их в массовом производстве легко и дешево.
Изготовлены опытные макеты адаптера для частоты 2450 МГц с перекрытием рабочего диапазона частот 2400-2500 МГц. Оптимальные размеры для версий WI-FI антенного адаптера были рассчитаны и уточнены в процессе электронного моделирования в программе MMANA. Полученные параметры подтверждают работу WI-FI антенного адаптера во всех вариантах.