АНТЕННЫЙ АДАПТЕР

Полезная модель относится к радиотехнике, а именно к области беспроводной связи и может быть использована в области мобильной связи и доступа в Интернет.
Из существующего уровня техники известны системы MIMO (англ. Multiple Input Multiple Output) использующие метод пространственного кодирования. Данный метод подразумевает использование нескольких приемопередающих антенн, и уже существуют USB-модемы стандарта LTE с двумя встроенными антеннами (http://wiki.telekomza.ru/wiki/MIMO, http://ru.wikipedia.org/wiki/MIMO, http:/законома.рф/information/info-33.html).
Недостатком таких модемов является то, что их использование в глухих помещениях и на границах зон обслуживания также затруднено и требует применения устройств сопряжения модема с двумя ВЧ-линиями передачи для двух выносных антенн.
Также известен антенный адаптер, представляющий собой отрезок коаксиального кабеля с установленным на одном конце стандартным коаксиальным разъемом, а другим концом подключенный к печатной плате содержащей полосковую антенну, для фиксации печатной платы на боковой стороне USB-модема используется бандаж или зажим типа "клипса" (http://repiteri.ru/antennye-adaptery-antennye-perehodniki.html).
Недостатками данного антенного адаптера являются:
- низкая защищенность от механических воздействий элементов адаптера;
- низкий коэффициент передачи между приемопередатчиком USB-модема и коаксиальным кабелем;
- наличие потерь энергии ВЧ-сигнала на излучение;
- электромагнитная несовместимость с близкорасположенными электронными приборами чувствительными к внешнему электромагнитному полю или мешающими работе модема.
В качестве ближайшего прототипа рассмотрим антенный адаптер (http://antex-e.ru/store/34760/?pos=914553), представляющий собой корпус в форме бруса, выполненный из металла, на передней стенке корпуса расположен коаксиальный вход/выход, верхняя стенка корпуса съемная, на задней стенке сделан вырез для подключения к разъему приемопередающего устройства, внутри корпуса расположен полосковый шлейф холостого хода для электромагнитной связи с встроенной антенной приемопередающего устройства, причем шлейф подключен к центральному контакту коаксиального входа и не имеет контакта с корпусом, а к коаксиальному входу/выходу подключается ВЧ-линия передачи для соединения с выносной антенной, причем задняя стенка может быть выполнена подвижной относительно корпуса и передвигается на необходимое расстояние от передней стенки в зависимости от типоразмера приемопередающего устройства, при этом разъем приемопередающего устройства прикреплен к задней стенке.
Недостатками прототипа являются:
- работа в более узкой полосе частот;
- отсутствие возможности подключения двух ВЧ-линий передач;
- отсутствие возможности применения с модемами, которые имеют не стандартные размеры;
- зависимость эффективности работы адаптера от положения встроенных в приемо-передающий модуль антенн.
Технической задачей полезной модели является создание антенного адаптера, который обеспечит передачу ВЧ-сигнала от ВЧ-линии передачи выносной антенны к приемопередатчику USB-модема и обратно с минимальными потерями, снижение уровня излучаемой электромагнитной энергии USB-модемом в ближайшее от него пространство.
Технический результат - обеспечение работы адаптера в более широкой полосе частот, возможность сопряжения нескольких выносных антенн с USB-модемами имеющими несколько встроенных антенн, минимизация потерь при передаче ВЧ-сигнала от ВЧ-линии передачи выносной антенны к приемопередатчику USB-модема и обратно, снижение уровня излучаемой электромагнитной энергии USB-модемом, возможность использования адаптера с модемами разных размеров.
Для решения поставленной задачи и достижения технического результата предлагается антенный адаптер, представляющий собой отрезок волновода, в который помещен приемопередающий модуль, содержащий, по крайней мере, одну внутреннюю антенну, и содержащий, по крайней мере, один коаксиально-волноводный переход, при этом в волноводе сделан вырез для подключения к разъему модема.
Коаксиально-волноводный переход соединяется с выносной антенной через ВЧ-линию передач. Число выносных антенн и ВЧ-линий передач соответствует числу коаксиально-волноводных переходов, содержащихся в адаптере.
Сущность заявляемого технического решения поясняется рисунком в виде блок-схемы, приведенной на фигуре 1, где изображен частный пример выполнения абонентской системы связи с применением предлагаемого конструктива, где:
1 - выносная антенна;
2 - ВЧ-линия передачи;
3 - антенный адаптер;
4 - коаксиально-волноводный переход;
5 - USB-модем с встроенной антенной;
6 - USB-удлинитель;
7 - оконечное устройство.
В примере конкретной реализации абонентской системы для стандарта UMTS2100: выносная антенна 1 - AX-2014Y, ВЧ-линия передачи 2 - кабель PK50-3-18, антенный адаптер 3 - выполнен на круглом волноводе, USB-модем с встроенной антенной 5 - ZTE MF92, оконечное устройство 7 - персональный компьютер (ПК).
Рассмотрим работу описанной абонентской системы приведенной на фиг. 1 на примере распространения ВЧ-сигнала от оператора беспроводной связи к оконечному устройству 7.
Принятый выносной антенной 1 ВЧ-сигнал базовой станции оператора по ВЧ-линии передачи 2, через коаксиально-волноводный переход 4 попадает в антенный адаптер 3, где размещен USB-модем 5. В волноводе возбуждается электромагнитная волна (ЭМВ), распространяющаяся от коаксиально-волноводного перехода 4 к встроенной антенне USB-модема 5. В результате воздействия ЭМВ на проводники встроенной антенны, из нее вытекает ВЧ-сигнал на внутренние цепи модема. По внутренним цепям И8 В-модема ВЧ-сигнал попадает на вход встроенного приемника, который преобразует его в последовательность электрических импульсов, которая передается по USB-удлинителю 6 к ПК или роутеру 7. Так как конструктив сопряжения 3 охватывает встроенную антенну USB-модема 5, излучение ВЧ-энергии в близлежащее с конструктивом пространство значительно ослаблено и потери при передаче ВЧ сигнала на излучения практически отсутствуют.
На фигуре 2 приведен пример выполнения антенного адаптера на отрезке круглого волновода, где:
3 - отрезок круглого волновода;
5 - USB-модем с встроенной антенной;
8 - USB-разъем модема;
9 - проводящий (возбуждающий) элемент;
10 - коаксиальный вход/выход;
11 - вырез на стенке волновода.
Коаксиально-волноводный переход представляет собой часть отрезка круглого волновода 3, на котором закреплен коаксиальный вход/выход 10, и проводящий элемент 9, находящийся внутри волновода и имеющий контакт с центральным контактом коаксиального входа/выхода 10. В другой части отрезка круглого волновода 3 помещен USB-модем 5 с встроенной антенной. Для подключения 118 В-удлинителя 6 к USB-разъему 8 на стенке волновода 3 сделан вырез 11.
Рассмотрим работу антенного адаптера при работе модема в режиме передачи ВЧ-сигнала в сторону оператора.
11
Передатчик USB-модема (на фигуре 2 не показан) преобразует последовательность электрических импульсов, посланную оконечным устройством 7 по USB-удлинителю 6, в ВЧ-сигнал. ВЧ-сигнал по внутренним цепям модема (на фигуре 2 не показаны) поступает на встроенную антенну USB-модема (на фигуре 2 не показана), которая в свою очередь возбуждает электромагнитную волну в волноводе. ЭМВ достигнув коаксиально-волноводного перехода 4 меняет структуру и попадает в ВЧ-линию передачи 2 и распространяется к выносной антенне 1, излучающей ЭМВ в направлении оператора. Коэффициент передачи коаксиально-волноводного перехода высок, а потери при распространении ЭМВ по волноводу малы и передача ВЧ-сигнала от ВЧ-линии передачи 2 выносной антенны 1 к приемопередатчику USB-модема и обратно с минимальными потерями зависит от степени согласования внутренних цепей модема с встроенной антенной модема. Согласование внутренних цепей модема с встроенной антенной, окруженной стенками волновода, достигается за счет выбора места установки модема внутри волновода и находится на расстоянии от торцевой стенки волновода - менее четверти средней длины волны волновода (например H) рабочего диапазона частот модема.
Минимизация потерь при передаче ВЧ сигнала от встроенного передатчика USB-модема в ВЧ-линию передачи 2 и в обратном направлении заключается в снижении потерь на излучение элементами конструктива 3 и в снижении потерь на рассогласование между внутренними цепями USB-модема 5 и его встроенной антенной, окруженной волноводом.
Для обеспечения функционирования приемопередающих USB-модемов с несколькими встроенными антеннами, например двумя в стандарте связи LTE 2600, конструктив сопряжения может быть снабжен двумя коаксиально-волноводными переходами (на фигурах 1 и 2 не показаны), для передачи ВЧ-сигналов на две внешние антенны, по двум отдельным ВЧ-линиям передачи (на фигурах 1 и 2 не показаны). При этом, к примеру, каждый коаксиально-волноводный переход будет ориентирован по поляризации в соответствии с поляризацией излучаемого поля одной из встроенных антенн USB-модема.
Для подтверждения заявляемого технического результата была проведена серия экспериментов.
В первом эксперименте проводились измерения уровня принимаемого ВЧ-сигнала от оператора беспроводной связи UMTS 2100. При нахождении USB-модема ZTE MF192 в глухом помещении и подключенной к нему внешней антенне через предлагаемый конструктив сопряжения уровень принимаемого сигнала составил -75÷-76 dBm, в случае прямого подключения ВЧ линии передачи внешней антенны к приемопередатчику USB-модема уровень принимаемого сигнала составил -74÷-75 dBm. При этом в случае использования заявляемого конструктива не требуется разборка USB-модема для подключения ВЧ-линии, что является очевидным преимуществом.
Во втором эксперименте, были измерены уровни принимаемого ВЧ-сигнала оператора беспроводной связи UMTS 2100 на открытой площадке, в случаях расположения USB-модема в свободном пространстве и при его размещении в конструктиве сопряжения без подключенной к коаксиально-волноводному переходу 4 ВЧ-линии передачи 2. Уровень принимаемого ВЧ-сигнала в первом случае составил -83÷-85 dBm, а во втором случае уровень сигнала стал менее -116 dBm, что говорит о значительном экранировании корпусом конструктива встроенной антенны USB-модема и возможности применения конструктива в случаях необходимости обеспечения электромагнитной совместимости с другим электронными приборами, подверженными воздействию ВЧ электромагнитных полей.
В третьем эксперименте П8 В-модем имеющий две встроенные ортогонально поляризованные антенны, был помещен в заявляемый конструктив с двумя коаксиально-волноводными переходами, соединенный с двумя выносными антеннами через две ВЧ-линии передачи. Уровень принимаемого ВЧ-сигнала от оператора в случае использования конструктива составил -81÷-83 dBm, а в случае подключения ВЧ линий передачи непосредственно к приемопередатчикам USB-модема около -78÷-80 dBm, что является удовлетворительным результатом. При этом в случае использования заявляемого конструктива не требуется разборка ТЛ8 В-модема для подключения двух ВЧ-линий передач, что является очевидным преимуществом.
Данные факты подтверждают промышленную применимость заявляемого антенного адаптера и широкую область применения.
Применение данного конструктива позволяет уменьшить потери на излучение в окружающее пространство, повысить электромагнитную совместимость с другими электронными устройствами, уменьшить потери на передачу ВЧ-сигнала от USB-модема к ВЧ-линии передачи и обратно, а возможность снабжения конструктива несколькими коаксиально-волноводными переходами позволяет сопрягать USB-модемы с несколькими встроенными антеннами с таким же числом ВЧ-линий передач и выносных антенн.
Использование заявляемого антенного адаптера позволяет минимизировать потери ВЧ-сигнала, снизить мешающее воздействие излучения USB-модемов на другие электронные устройства; обеспечивает возможность подключения нескольких ВЧ-линий передач и выносных антенн к одному USB-модему с несколькими встроенными антеннами.