МАЛОЭЛЕМЕНТНАЯ АНТЕННАЯ РЕШЕТКА ДЛЯ СЕТЕЙ ПОЕЗДНОЙ РАДИОСВЯЗИ

Полезная модель относится к мобильной поездной радиотелефонной связи, работающей в диапазоне 151-156 МГц.
Имеются различные устройства и системы поездной радиосвязи, в частности, патент РФ №2216077 от 22.03.01 г. «Устройство мобильной фазированной антенной решетки повышения устойчивости и дальности поездной радиотелефонной связи». Устройство содержит антенную решетку из n антенных вибраторов, n дискретных фазовращателей, подключенных к вибраторам, схему управления фазовращателями и сумматор антенных сигналов. Выходы фазовращателей соединены со входами сумматора, а выход сумматора соединен со входом приемника поездной радиостанции. Фазовращатели выполнены на переключаемых отрезках линии передачи, что приводит к увеличению габаритных размеров ФАР и потерь вследствие использования 4-х pin-диодов на 1 разряд.
Известна малоэлементная однокольцевая фазированная антенная решетка по патенту на полезную модель РФ №41551 от 11.06.2004 г., содержащая кольцевую решетку из антенных вибраторов и дискретных фазовращателей, подключенных к вибраторам, сумматор антенных сигналов, выход которого подключен ко входу радиоприемника, и схему управления. Управление разрядами отражательных фазовращателей для достижения максимального излучения в требуемом направлении осуществляется через стандартный LPT порт микропроцессорного блока с использованием алгоритма сканирования диаграммы направленности с автоматическим выбором углового положения луча по максимальному уровню принимаемого полезного сигнала. Блок управления и антенная система четырехэлементной кольцевой фазированной антенной решетки имеют приемлемые размеры для размещения на локомотивах, однако ширина формируемой диаграммы направленности в пределах от 90° до 120° не позволяет достичь более четырех эффективных ветвей углового разнесения в режиме адаптивной угловой селекции, что ограничивает возможности дальнейшего повышения качества поездной радиосвязи. Увеличение количества вибраторов в кольцевой ФАР с радиусом 0,4...0,5 м, обеспечивающим на данных частотах излучения оптимальную форму характеристики направленности, приводит к
существенному взаимному влиянию вибраторов. Размещение эффективных антенных систем с большим количеством вибраторов в данном диапазоне частот ограничивается габаритами конструкций подвижного состава.
Наиболее близкой является фазированная антенная решетка поездной радиосвязи по патенту на полезную модель РФ №53505 от 07.11.2005 г., содержащая три трехэлементных кольцевых фазированных антенных решетки (ФАР) с синфазным запитыванием равноудаленных четвертьволновых вибраторов. Фазовые центры кольцевых ФАР размещены в вершинах равностороннего треугольника со сторонами, длины которых равны λ/2. Устройство содержит три СВЧ-переключателя и три фазовращателя, сумматор-делитель мощности, микропроцессорный блок управления, АЦП и радиостанцию, что обеспечивает формирование главного лепестка диаграммы направленности шириной до 65°. Недостатком устройства являются сложности в размещении конструкции решетки на отдельных типах локомотивов в связи с достаточно большими габаритами.
Предлагаемая малоэлементная антенная решетка, как и известная, содержит решетку из антенных вибраторов, коммутируемых в подрешетки из двух колец, подключаемых через СВЧ-переключатели к выходам фазовращателей, входы которых соединены с выходами сумматора-делителя, при этом управляющие входы СВЧ-переключателей и фазовращателей соединены с микропроцессорным блоком управления.
Задача, решаемая при разработке данной полезной модели, заключалась в совершенствовании схемы адаптивной угловой селекции для сетей поездной радиосвязи.
Техническим результатом полезной модели является уменьшение количества вибраторов и создание более удобной для размещения на крыше подвижного состава конструкции излучающей системы при достижении аналогичной характеристики направленности.
Технический результат достигается тем, что антенная решетка включает семь четвертьволновых вибраторов, размещенных в вершинах и в центре решетки, выполненной в форме правильного шестиугольника, центральный вибратор подключен к линии задержки, а вибраторы, размещенные в вершинах шестиугольника, подключены к выходам электромеханических СВЧ-переключателей, один из входов каждого из которых подключен к «земле», а
другой - к выходу соответствующего бинарного фазовращателя. Длина стороны правильного шестиугольника равна λ/2, где λ - длина электромагнитной волны.
Включение в антенную решетку семи четвертьволновых вибраторов, размещенных в вершинах и в центре решетки, выполненной в форме правильного шестиугольника, обеспечивает уменьшение числа вибраторов с 9 до 7 и создание более удобной для размещения на крыше подвижного состава конструкции излучающей системы при достижении аналогичной характеристики направленности.
Линия задержки и фазовращатели обеспечивают смещение фазы сигнала на величину 0,8π для компенсации в направлении главного излучения фазовых набегов, обусловленных пространственным разнесением вибраторов решетки. Формирование сравнительно узкой до 65° результирующей характеристики направленности достигается при условии, когда на указанной частоте излучения длина стороны шестиугольника составляет около λ/2.
Заявляемая полезная модель поясняется с помощью чертежей, где на фиг.1 представлена схема размещения вибраторов, на фиг.2 - структурная схема малоэлементной антенной решетки, на фиг.3 - таблица распределения фаз токов в вибраторах решетки.
Малоэлементная антенная решетка для сетей поездной радиосвязи содержит (см. фиг.1) семь четвертьволновых вибраторов a1-а7. Один из вибраторов а4 размещен в центре, а шесть остальных в вершинах решетки 1, выполненной в форме правильного шестиугольника. В данной шестигранной решетке 1 оптимальное значение длины стороны шестиугольника составляет около λ/2.
Центральный вибратор а4 подключен (см. фиг.2) к линии задержки 2, а вибраторы а1-а3 и а5-а7 подключены к выходам электромеханических коаксиальных СВЧ-переключателей 3-8. Каждый из переключателей 3-8 подключен к выходу соответствующего бинарного фазовращателя 9-14. Это обеспечивает запитывание вибраторов а1-а7 токами с соответствующими смещениями фаз, значения которых приведены в таблице №1 (см. фиг.3).
Фазовращатели 9-14 подключены к выходам сумматора-делителя 15, соединенного с радиостанцией 16, которая, в свою очередь, соединена с микропроцессорным блоком управления 17 (МПБУ) через аналого-цифровой
преобразователь 18 (АЦП). Управляющие входы фазовращателей 9-14 соединены с выходами микропроцессорного блока управления 17.
Коммутация вибраторов а1-а7 в подрешетки из двух колец и управление фазами токов осуществляется следующим образом. Микропроцессорным блоком управления 17 на основании таблицы 1 распределения фаз токов в вибраторах формируются управляющие сигналы, которые подключают к выходам фазовращателей 9-14 группу вибраторов, расположенных в полуплоскости шестиугольника, примыкающей к направлению главного излучения, а оставшиеся два вибратора замыкаются на «землю».
Малоэлементная антенная решетка работает следующим образом: управляющие сигналы от МПБУ 17 в соответствии с алгоритмом работы антенной решетки подаются на переключатели 3-8 и фазовращатели 9-14, чем обеспечивается коммутация рабочей зоны и включение необходимых разрядов фазовращателей с целью достижения максимального излучения в требуемом направлении. В режиме приема данная схема антенной решетки реализует с помощью алгоритма МПБУ 17 адаптивную угловую селекцию по максимальному уровню принимаемого сигнала. При этом принятые радиосигналы через сумматор-делитель 15 поступают на антенный вход радиостанции 16, с низкочастотного выхода которого принятые сигналы через АЦП 18 поступает в МПБУ 17 для анализа и принятия очередного решения в соответствии с алгоритмом автовыбора углового положения луча.
Заявляемая антенная решетка поездной радиосвязи имеет габаритные размеры, приемлемые для размещения на локомотивах, обеспечивает в диапазоне частот поездной радиосвязи 151-156 МГц формирование луча шириной 65 градусов в диапазоне азимутальных углов от 0 до 360 градусов с дискретой 60 градусов.