АНТЕННОЕ УСТРОЙСТВО БАЗОВОЙ СТАНЦИИ БЕСПРОВОДНОЙ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ

Предложенное техническое решение относится к технике связи, а именно к устройствам антенной техники СВЧ диапазона и может быть использовано в линиях связи СВЧ диапазона и беспроводных сетях широкополосного доступа. Предпочтительно предложенное техническое решение может быть использовано в составе базовых станций, обеспечивающих беспроводную технологию передачи данных, без использования кабельных линий связи, в том числе и высокоскоростной доступ в Интернет (Worldwide Interoperability for Microwave Access - WiMax).
В настоящее время известно большое количество средств антенной техники СВЧ диапазона, предназначенных для использования в различных системах беспроводной связи, в том числе и WiMax, (на рынке известны антенные устройства разработки Nokia Flexi, Telsima StarMax, Falcon PLUS и др.). В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбрано антенное устройство беспроводной локальной сети связи, описанное в патенте на изобретение RU 2233017. Известное антенное устройство включает фазированную антенную решетку из печатных излучателей, образованную тремя пластинами, расположенными в виде призмы. Каждая из пластин образующих фазированную антенную решетку, включает расположенные на внешней поверхности диэлектрической подложки, участки металлизации.
По сравнению с известным из патента RU 2233017 аналогом, предлагаемое антенное устройство обладает простой и дешевой конструкцией и позволит полностью исключить применение ручных операций при его изготовлении и сборке. При этом, несмотря на описанные выше достоинства, антенные устройства подобной конструкции, не смогут быть с нужной эффективностью
использованы в составе базовых станций сетей связи WiMax, в первую очередь, из-за сложности монтажа антенн при реконструкции станций. Кроме того, использование антенн известной конструкции не обеспечит качественный прием/передачу данных в сети WiMax.
Предложенное техническое решение позволит устранить перечисленные недостатки и обеспечит равномерное покрытие рабочей зоны базовой станции, автоматическое переконфигурирование рабочей зоны базовой станции в зависимости от существующей нагрузки. В результате предложенное антенное устройство обеспечит бесперебойную работу базовой станции беспроводной мобильной связи. Базовая станция, оборудованная набором антенных устройств предложенной конструкции, будет предоставлять более широкий спектр услуг, предоставляемых оператором базовой станции, позволит более эффективно использовать ресурсы сети за счет возможности адаптации антенн под уровень нагрузки (количество абонентов) в каждом из обслуживаемых сегментов зоны обслуживания базовой станции. Так же при эксплуатации таких базовых станций новые частотные диапазоны будут освоены с меньшими затратами.
Технический результат, ожидаемый от использования предлагаемого решения, достигается тем, что предложено антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи, включающее N, где N целое число большее или равное единице, фазированных антенных решеток печатных излучателей, размещаемых на опорно-поворотном устройстве и образованных участками металлизации, расположенными на поверхности диэлектрической подложки. В каждой из антенных решеток печатные излучатели связаны зондами через слой диэлектрической подложки с распределительной системой антенной решетки. Распределительная система антенной решетки является диаграммообразующей. Каждая антенная решетка выполнена в виде отдельной пластины и размещена в радиопрозрачном корпусе.
Предложенное техническое решение поясняется чертежами:
Фиг.1 - Структурная схема фазированной антенной решетки, которые образуют антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи;
Фиг.2 - Общий вид, пример расположения антенных устройств на антенной мачте устройства базовой станции.
Антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи, включает совокупность из N фазированных антенных решеток, размещаемых на опорно-поворотном устройстве. Каждая из фазированных антенных решеток, входящих в состав предложенного антенного устройства, включает: печатные излучатели 1 фазированной антенной решетки, диэлектрическую подложку 2, распределительную систему 3, коаксиальный кабель 4.
Фазированная антенная решетка представляет собой совокупность участков металлизации - печатных излучателей 1, расположенных на ее поверхности, имеющих необходимую для эффективной работы геометрическую форму и образующих полотно антенной решетки. Печатные излучатели 1 расположены на поверхности диэлектрической подложки 2, топология печатных излучателей 1 обеспечивает согласование с распределительной системой и требуемую форму диаграммы направленности. Диэлектрическая подложка 2 антенной решетки представляет собой несущий элемент конструкции для ее излучающей системы 1 и обеспечивает возбуждение основных типов волн в трактах системы питания. Распределительная диаграммообразующая система питания излучателей 3 обеспечивает питание печатных излучателей 1 с заданным амплитудно-фазовым распределением для создания диаграммы направленности задаваемой формы, а также требуемую величину коэффициента усиления. Печатные излучатели 1 при помощи системы зондов электрически связаны с распределительной системой через диэлектрическую подложку 2. Зонды расположены в строго определенных точках (точках электрического контакта зонда и печатного излучателя) таким образом, чтобы обеспечить требуемый уровень согласования печатных излучателей 1 с распределительной системой 2, а так же форму диаграммы направленности и вид поляризации.
Коаксиальный кабель 4 необходим для подключения антенной системы к выходу передатчика базовой станции. Согласованный переход от разъема коаксиального кабеля 4 к распределительной системе 3 обеспечивает высокую эффективность передачи энергии от кабеля 4 к распределительной системе 3. Антенная решетка выполнена в виде компактной плоской конструкции в виде пластины. Для использования системы при различных погодных условиях антенная решетка закрыта радиопрозрачным корпусом. Для регулировки положения отдельных антенн на базовой станции используются опорно-крепежные узлы известных конструкций.
Предложенное антенное устройство работает следующим образом.
Антенны крепятся на мачте таким образом, чтобы обеспечить эффективную передачу данных в определенных секторах требуемой зоны покрытия как для одного, так и различных рабочих частотных диапазонов. При работе антенного устройства необходимо обеспечить равномерное покрытие зоны обслуживания по уровню мощности излучаемого сигнала, а так же сформировать диаграмму системы таким образом, чтобы в каждом ее сегменте было примерно одинаковое число абонентов.
Антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи концентрирует заданным образом энергию в дальней зоне антенны. Энергия изначально равномерно распределена по всей всю апертуре излучающего полотна антенны. Путем синфазного сложения энергии от каждого отдельного печатного излучателя 1 антенное устройство формирует плоский фронт волны с заданными параметрами в дальней зоне излучения. Изменение конфигурации амплитудного и фазового распределения по апертуре существенным образом влияет на конфигурацию распределения поля в дальней зоне антенны, что позволяет управлять геометрическими параметрами секторов обслуживания каждого отдельного полотна антенной системы.
Установка антенн заданным образом (из условий требуемой зоны покрытия регулировка их положения азимуту и углу места) на опорном устройстве базовой станции позволяет обеспечить эффективную работу беспроводной
связи даже в условиях сложной городской застройки. На одном опорном устройстве могут быть расположено множество антенн, в том числе и антенных устройств, работающих в других частотных диапазонах. При работе базовой станции в различных частотных диапазонах, возможно размещение антенн разных диапазонов на одно и то же направление обеспечения зоны покрытия, а также и наоборот, установки в каждом направлении антенн только тех диапазонов, которые необходимы для обеспечения связи в зоне того или иного поставщика услуг.
Таким образом, предложенное техническое решение обеспечит бесперебойную работу базовой станции беспроводной мобильной связи с широким перечнем услуг оператора базовой станции и меньшими затратами освоения новых частотных диапазонов базовых станций. А также легкую замену отдельных антенных устройств в составе базовой станции и совместимость с уже имеющимися антенными мачтами.