ШИРОКОПОЛОСНАЯ АНТЕННА ДЛЯ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована для усиления сигналов мобильной связи и в системах передачи данных в качестве абонентской антенны.
Из существующего уровня малогабаритной техники известна логопериодическая абонентская антенна (патент RU 151057 от 12.03.2015 г.), которая состоит из активных вибраторов, выполненных из зигзагообразной изогнутой проволоки, закрепленные на питаемой линии сваркой, имеет короткозамкнутый участок и опорный элемент. Питаемая линия содержит металлический пруток и трубу, внутри которой расположен медный провод в изоляции из полиэтилена., при этом один конец провода соединен с торцом прутка со стороны входа антенны, а другой его конец соединен с центральным контактом высокочастотного разъема, закрепленного на противоположном конце трубы со стороны короткозамкнутого участка. Короткозамкнутый участок выполнен с использованием перемычки из проволоки закрепленной сваркой на трубе и прутке. Питающая линия снабжена изолирующими направляющими, которые обеспечивают постоянство расстояния между элементами питающей линии.
Недостатком вышеприведенного аналога является:
- более высокая трудоемкость изготовления;
- большие габаритные размеры, не позволяющие абоненту мобильно (например в кармане одежды) перемещать антенну.
В качестве ближайшего прототипа рассмотрим патент RU 131263 «Антенное устройство для LTE-модема». Устройство состоит из двух независимых расположенных ортогонально антенн с разъемом и кабелем, держателя USB-модема, выполненного в единой конструкции с подставкой для закрепления обеих антенн.
Недостатком прототипа является:
- высокая трудоемкость изготовления;
- большие габаритные размеры, не позволяющие абоненту мобильно (например в кармане одежды) перемещать антенну.
Технической задачей полезной модели является создание универсальной широкополосной, технологичной (с низкой трудоемкостью) и малогабаритной (мобильной) антенны, имеющей высокий коэффициент усиления и низкий коэффициент отражения от входа в полосе частот.
Технический результат - малогабаритное исполнение широкополосного активного щелевого вибратора и рефлектора при сохранении высокого коэффициента усиления, повышение технологичности антенны.
Для достижения указанных технических результатов представлен вариант широкополосной антенны для мобильной связи. Полезная модель поясняется эскизами:
на фиг.1 представлены проекции, виды и сечения широкополосной антенны для мобильной связи, которая содержит малогабаритный активный щелевой вибратор 4, закрепленный с помощью шунтов (металлических держателей) в точках нулевого потенциала над проводящим экраном 1 на расстоянии 0,21 длины волны средней частоты рабочей полосы (0,21 λcp). В качестве крепежного элемента использованы заклепки 6.
Коаксиальный вход/выход 2, выполненный из отрезка высокочастотного коаксиального кабеля, который одним концом подключается напрямую к активному щелевому вибратору 4, как показано на виде А и сечении А-А фиг.1 с обозначением паяного соединения, другой конец кабеля заканчивается высокочастотным разъемом, как показано на аксонометрической и ортогональной проекции Фиг. 1. При этом кабель проложен по наикратчайшему расстоянию внутри антенны, где для фиксирования кабеля предусмотрен металлический держатель 8 (см. сечение Б-Б и вид А на фиг.1), закрепленный сваркой или заклепками на проводящем экране 1. Данное решение не требует дополнительных согласующих устройств, сохраняя при этом низкий коэффициент стоячей волны (КСВ) по входу не более 1,8-2.
Держатель 7 модема выполненный из листового металла, прикреплен сваркой или заклепками напрямую к проводящему экрану 1 и составляет с ним единую конструкцию. Для защиты антенны от механических воздействий на проводящий экран 1 закрепляется диэлектрический корпус 3 шурупами 5. Проводящий экран 1 выполнен из листового металла штамповкой либо лазерной резкой.
На Фиг. 2 показан активный щелевой вибратор 4 (в дальнейшем - вибратор) и шунты 9, которые образуют одну деталь, изготовленную из листового металла штамповкой либо лазерной резкой, с последующей гибкой для формирования требуемого положения вибратора относительно плоскости проводящего экрана, как указывалось выше. Конструкция вибратора выполнена в виде плоской металлической пластины, составленной из двух равнобедренных трапеций 10 и 11, лежащих в одной плоскости на общей оси, касающиеся меньшими основаниями. Длину вибратора определяет удвоенная высота трапеции, ширину (габаритную) вибратора определяет размер большего основания, а ширину вибратора в центральной части - размер меньшего основания. В каждой трапеции имеется окно (отверстие) 12 и 13, соответственно, в форме равнобедренного треугольника со скругленными углами, расположенного на оси симметрии трапеции и обращенного основанием - к большему, а вершиной - к меньшему основанию соответствующей трапеции. Окна 12 и 13 соединены между собой узкой щелью 14, ориентированной по общей оси симметрии трапеций. Большие основания и боковые стороны трапеций образуют внешний контур вибратора, окна и щель образуют внутренний контур вибратора. Все углы внешнего и внутренних контуров вибратора скруглены для уменьшения отражений и улучшения согласования электромагнитных колебаний.
Показанные на Фиг. 2, как пример реализации, вибратор 4 и шунты 9, имеют следующие размеры:
- длина вибратора - 66,5 мм,
- ширина (габаритная) вибратора - 63 мм,
- ширина в центральной части вибратора - 18,5 мм,
- размер окон 12и13 - 9×57,5 мм,
- размер щели 14 - 34×5 мм,
- радиусы скругления углов на внешнем контуре -5 мм,
- радиусы скругления углов на внутреннем контуре -5 и 2,5 мм,
- расстояние между линиями сгиба (показаны пунктиром) шунтов - 28 мм.
Описанный вариант конструкции позволил получить следующие основные характеристики антенны в полосе частот 1700-2700МГц:
- коэффициент стоячей волны (на нагрузке с волновым сопротивлением 50 Ом) не более 1,8-2;
- коэффициент усиления 7-10дБ по отношению к изотропному излучателю;
- габаритные размеры 95×88×65 мм;
- масса 130 гр.
Полученные в результате испытаний данные подтверждают возможность получения технического результата в указанном диапазоне частот.
Приведенные данные объективны и получены в результате проведения реальных испытаний антенны. Антенна, выполненная по данной технологии, является малогабаритной и легкой (мобильной), сохраняя при этом высокие электрические и надежные конструктивные характеристики.