ПАНЕЛЬНАЯ АНТЕННА
PANEL ANTENNA

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в сетях беспроводной связи, в комплектах оборудования стандартов: 2G (GSM1800), 3G (UMTS 2100), 4G (WIMAX,LTE), WI-FI (IEEE 802.11b, g) и в других стационарных и мобильных системах диапазона 1700-2800 МГц в качестве направленной широкополосной антенны.
ср.
Известна антенна Двухэтажный волновой вибратор с отражателем (Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 2: Пер. с нем. - М.: Данвел. 2005. С. 225, рис. 29.23, промышленно изготавливаемая фирмой Kathrein). Плечи ее волновых треугольных диполей, разнесенных на 0,5λ и синфазно запитанных, крепятся к отражателю на изолирующих стойках.
Недостатками распространенной антенны являются увеличенные вертикальные размеры антенны при применении двух диполей и использование в конструкции изоляторов.
Известна абонентская универсальная поляризационная зигзагообразная антенна. (Пат. РФ №2452064, опубл. 27.05.2012, бюл. №15). Она содержит фазированную решетку, с расположенными в одной плоскости рядами и этажами излучающих модулей перед отражающим плоским экраном. В ней излучающие модули выполнены в виде разнесенных между собой квадратов и узел перекрестного питания от двух источников, включенных в разрывы общих проводников противоположных рамок.
Недостатками известной антенны являются конструктивная и технологическая трудности изготовления и сложности питания и согласования, обеспечивающие использование универсальности поляризаций, при этом коэффициент усиления при работе с линейной поляризации снижается.
ср.
Наиболее близким техническим решением является панельная антенна. (Пат. РФ №2273079 от 27.03.2006, бюл. №9). Она состоит из одного или нескольких излучателей, каждый из которых питается коаксиальным кабелем, сумматора-делителя, разъема для подключения приемопередающей аппаратуры и отражателя. Коаксиальный кабель имеет снятую изоляцию над щелью, а центральная жила его закорочена на оплетку на расстоянии 0,25λ длины волны в кабеле относительно середины щели, так как излучатель выполнен в виде металлической рамки со щелью и четырьмя шлейфами. Плоскость излучателя параллельна отражателю, а на соседние излучатели подается противофазное питание и одновременно соседние излучатели развернуты между собой на 180 градусов. Антенна содержит радиопрозрачное укрытие.
Недостатками данной антенны-прототипа являются применение конструктивно и технологически сложных в изготовлении, составных фазированной решетки, излучателей. Дополнительно к этому использование коаксиального кабеля вносит затухание сигналов при работе антенны и создает технологические трудности при сборке устройства. Щелевой узел питания увеличивает емкостную составляющую импеданса антенны, что приводит к увеличенному коэффициенту стоячих волн в высокочастотной части рабочего диапазона и уменьшение ширины полосы рабочих частот.
Задачей предлагаемого изобретения является создание широкополосной надежной в эксплуатации панельной антенны на базе упрощенных составных элементов, характеризующейся облегченной технологией изготовления при повышенной механической прочности и электрических характеристиках обеспечивающих требования по работе в беспроводных сетях связи.
Технический результат изобретения достигается использованием в фазированной решетке широкополосных излучателей в виде диапазонных диполей с четвертьволновыми плечами треугольной формы, сгруппированными двумя этажными парами и двумя вертикальными группами этажных пар, где в парах на смежные плечи излучателей подается противофазное питание при оригинальной реализации электрической схемы и конструкции при не стандартном использовании классических элементов.
ср.
ср.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известной антенне, содержащей систему фигурных излучателей, параллельных отражателю, каждый из которых подключен к линии питания, сумматоров, разъема для подключения приемопередающей аппаратуры и радиопрозрачного укрытия, излучатели выполнены в виде диапазонных диполей. Диполи выполнены с четвертьволновыми плечами треугольной формы, сгруппированными двумя этажными парами и двумя вертикальными группами этажных пар. Разнос между этажами по точкам питания равен 0,25λ, а в этажах, разнос между парами: - равен 0,75λ. Расширение полосы рабочих частот обеспечивается использованием шунтового включения диапазонных диполей. Дополнительно к этому проводниковые стойки шунтов обеспечивают безизоляторное крепление плеч диполей к отражателю. В парах, на смежные плечи излучателей подается противофазное питание, при этом излучатели пар собирательными двухпроводными линиями питания параллельно подключены к сумматорам-симметризаторам, обеспечивающим переход от двухпроводных линий питания к однопроводным линиям питания. Они соединены с разъемом для приемопередающей аппаратуры.
Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что выполненные с четвертьволновыми плечами треугольной формы диполи, сгруппированы двумя этажными парами и двумя вертикальными группами этажных пар.
ср.
ср.
Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что разнос между всеми этажами по точкам питания равен 0,25λ, а в этажах между парами равен 0,75λ, с подачей во все смежные плечи пар излучателей противофазного питания.
Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что электрические шунты диполей, кроме обеспечения согласования с питающей линией в более широком диапазоне частот, выполняют роль элементов надежного механического крепления плеч к отражателю.
Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что устройство шунтов реализуется посредством проводниковых стоек и проводящей поверхности отражателя.
Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что излучатели пар, собирательными двухпроводными линиями питания, параллельно подключены к сумматорам-симметризаторам, обеспечивающим переход от двухпроводных линий питания к однопроводным линиям питания для подключения к несимметричному разъему.
Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что однопроводные линии питания в качестве второго проводника используют проводящий отражатель, реализуя как в двухпроводном, так и в однопроводном исполнении линию питания с воздушным диэлектриком.
Сочетание отличительных признаков и свойств как в заявленном устройстве из технической, научной литературы и патентной документации по панельным антеннам и их аналогам не выявлено, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.
Промышленная применимость заявленного технического решения усматривается в сравнительной простоте изготовления, тиражирования и эксплуатации, в высоких электрических показателях и в возможности использования на промышленной основе, конкурентоспособном уровне и перспективой версий дальнейшего развития.
На фиг. 1 приведен эскиз панельной антенны.
На фиг. 2 показан рисунок с фрагментами опытного образца.
На фиг. 3 отображены результаты основных электрических характеристик.
ср.
ср.
Панельная антенна содержит систему фигурных излучателей в виде диапазонных диполей 1 с четвертьволновыми плечами треугольной формы 2. Плечи 2 диапазонных диполей 1 на проводниковых стойках 3 закреплены к проводящему отражателю 10. Проводниковые стойки 3 диполей 1 через проводящий отражатель 10 гальванически соединены между собой, а через плечи 2 диполей 1 имеют электрическое соединение с собирательными двухпроводными линиями питания 6, обеспечивая электрическое шунтовое подключение диполей 1 к линиям питания 6. Диапазонные диполи 1 сгруппированы в этажные пары 4, а размещенные одна над другой две этажные пары 4 образуют вертикальные группы этажных пар 5. При этом разнос между этажами составляет, по точкам питания, 0,25λ, а в этажах, между парами по точкам питания, 0,75λ. При этом в парах 4, на смежные плечи излучателей подается противофазное питание, а излучатели пар собирательными двухпроводными линиями питания 6 параллельно подключены к сумматорам-симметризаторам 7. Сумматоры-симметризаторы 7 обеспечивают переход от двухпроводных линий питания 6 к однопроводным линиям питания 8. Однопроводные линии питания 8 соединены с несимметричным разъемом 9 на проводящем отражателе 10 для подключения приемопередающей аппаратуры.
Панельная антенна работает следующим образом.
ср.
cp.
ср.
Наведенное в плечах 2 диполей 1 высокочастотное напряжение возбуждает возникновение тока проводимости в проводящих элементах диполей 1 и обеспечивает его протекание в собирательную линию питания 7, как это широко описано в технической литературе. При этом форма плеч 2 и точки крепления стоек 3, образованных через проводящий экран 10 электрических шунтов, согласуют импеданс диапазонных диполей 1 с волновым сопротивлением собирательных двухпроводных линий питания 6. Разнесенные диполи 1, на классическое расстояние 0,25λ по вертикали, в вертикальных группах этажных пар 5, при противофазном включении, обеспечивают в парах 4 парное синфазное суммирование токов и суммарные токи от каждой пары 4, по собирательной двухпроводной линии питания 6, подаются к сумматору-симметризатору 7, где линии питания согласуются по волновым сопротивлениям с однопроводной линией 8. Вертикальные группы этажных пар 5, разнесенные по горизонтали в этажах, между парами 4 по точкам питания на 0,75λ, однопроводными линиями 8 соединяются, суммируя синфазные токи, с несимметричным разъемом 9 на проводящем отражателе 10 для подключения приемопередающей аппаратуры. При этом, разнесенные на 0,75λ, группы этажных пар обеспечивают уменьшение в 1,5 раза по ширине диаграмму направленности, увеличивая коэффициент усиления и помехозащищенность антенны. Вся электрическая система устройства широкополосной антенны защищена от механических воздействий радиопрозрачным укрытием. (На эскизе не показано).
Техническое решение панельной антенны доведено до опытных образцов, версия одного из которых показана на фиг. 2, с измеренными электрическими характеристиками, отображенными на фиг. 3.