АНТЕННЫЙ АДАПТЕР - ТРАНСФОРМЕР

Полезная модель относится к устройствам для адаптации пространственной направленности радиоволн, излучаемых антенной, и может быть использована в беспроводных сетях. В целях формирования требуемой диаграммы направленности предлагаемый антенный адаптер-трансформер может применяться для оптимизации работы штатных ненаправленных антенн с повышением эффективности работы беспроводных точек доступа, других радиосредств и систем связи в комплексе и минимизировать электромагнитное воздействие на человека.
При сегодняшнем уровне развития цифровой передачи данных и перспектив потребностей информационных технологий практически исчерпаны возможности существующих проводных сетей, особенно на участке «последней мили». Дальнейшие успехи в области совершенствования беспроводных сетей и систем приемо-передачи, невозможны без создания принципиально новых устройств и способов их функционирования, повышения эксплуатационно-технических характеристик и адаптации их к усложняющейся на местах электромагнитной обстановке. Напряженность электромагнитного поля внутри здания значительно меньше, чем на открытой местности. Значительная часть энергии сигнала поглощается деревянными или кирпичными стенами, особенно сильное поглощение происходит в зданиях с железобетонными конструкциями. Кроме того, только беспроводные технологии могут обеспечить передачу данных на мобильных объектах, находящихся в движении. В системе функционирования беспроводных сетей важнейшей задачей является обеспечение электромагнитной доступности в любой точке. В наиболее «сложных» местах с плохим покрытием сети связь невозможна или затруднена и поэтому требуются дополнительные меры для обеспечения нормальной работы устройств сети, а также защита пользователя от вредного воздействия электромагнитного излучения. Беспроводные сетевые технологии зачастую используют там, где установка проводных сетей затруднена, невозможна или экономически невыгодна. Устройства беспроводных технологий передачи и приема информации - это наиболее развивающееся направление, на которое сегодня делается акцент по ускорению развития телекоммуникаций, что подтверждается взрывным появлением множеств технических решений разных уровней обеспечения работы систем связи, как отдельных элементов и средств, так и беспроводных сетей в целом.
Известно устройство для беспроводной связи (Пат. РФ №103052, опубл. 20.03.11). Устройство содержит активный излучающий элемент, один или несколько пассивных элементов и USB-кабель, активным излучающим элементом является интегрированный радиомодем, с его встроенными приемо-передатчиком и приемопередающей антенной. Интегрированный радиомодем размещен в устройстве таким образом, чтобы совместно с пассивными элементами они формировали диаграмму направленности, необходимую для поступления максимального сигнала на встроенную приемо-передающую антенну интегрированного радиомодема.
Недостатками известного устройства являются относительная громоздкость габаритов при реализации, повышенная материалоемкость при изготовлении, неудобства применения с размещением дополнительного оборудования при использовании соединительного кабеля и повышенные себестоимость при производстве и цена реализации, соизмеримая со стоимостью устройств, работу которых оно улучшает.
Наиболее близким к заявленной полезной модели является техническое решение известного Wi-Fi антенного адаптера (Пат. РФ №116277, опубл. 20.05.12). Антенный адаптер-прототип содержит систему вертикальных пассивных вибраторов. Вибраторы представляют собой один рефлектор и не менее двух директоров. Рефлектор установлен на отдельной горизонтальной траверсе. Директоры установлены также на отдельных горизонтальных траверсах. Каждая траверса снабжена на одном конце кольцом. С помощью этих колец траверсы с рефлектором и директорами устанавливают на активный вибратор точки доступа. Траверсы и кольца выполнены проводящими. Количество траверс с директорами может составлять от 1 до 3. Достигается возможность оперативно регулировать форму диаграммы направленности и изменять коэффициент усиления.
Недостатками прототипа при оперативном регулировании являются неопределенность величин коэффициента усиления и формы диаграммы направленности, из-за раздельной ориентации траверс с рефлектором и директорами, ненадежность и неудобства крепления этажами отдельных траверс с пассивными вибраторами на активный вибратор, увеличенная металлоемкость, из-за выполнения проводящими траверс и колец крепления, а также малый диапазон регулирования коэффициента усиления, из-за однозначной величины продольного размера структуры директоров.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в прогнозируемых, с расширенным диапазоном регулирования форм диаграммы направленности и прогнозируемых изменениях коэффициента усиления, в повышении надежности и удобства крепления.
Для достижения указанного технического результата в антенном адаптере-трансформере, содержащем систему вертикальных пассивных вибраторов, включающих рефлектор и директоры, установленные на активный вибратор точки доступа с возможностью вращения вокруг него, рефлектор и директоры установлены на активный вибратор точки доступа с помощью диэлектрической насадки, от которой радиально отходят три вертикальные диэлектрические плоскости, на которых размещены пассивные вибраторы, на одной диэлектрической плоскости размещен рефлектор, на двух других одинаковых и имеющих общую линию соприкосновения диэлектрических плоскостях размещены директоры, при этом плоскости с размещенными на них директорами соединены между собой с возможностью изменения угла между ними с помощью дополнительной диэлектрической плоскости, по центру которой выполнен перегиб с размещенным в нем директором. Диэлектрическая плоскость с размещенным на ней рефлектором расположена на линии, являющейся продолжением биссектрисы угла между одинаковыми диэлектрическими плоскостями. При этом угол между диэлектрическими плоскостями с размещенными на них директорами может быть изменен от минимального значения, равного нулю градусов в свернутом и развернутом положениях, до фиксированного значения, определяемого расстоянием между плоскостями в раскрытом положении. Диэлектрическая плоскость для устройства рефлектора не требует пояснений по размещению и находится на линии, являющейся продолжением биссектрисы угла между одинаковыми диэлектрическими плоскостями с размещенными на них директорами. Антенный адаптер-трансформер может быть выполнен монолитным из эластичной пластмассы, или комбинированным на тканево-бумажной основе, или из прессшпана
Во всех вариантах антенный адаптер-трансформер трансформируют в три основные антенные системы со своими техническими характеристиками.
Первичной антенной системой является свернутое положение антенного адаптера-трансформера, установленного с помощью насадки на активный вибратор точки доступа. В данном положении дополнительная диэлектрическая плоскость, имеющая по центру перегиб с размещенным в нем директором и соединяющая две одинаковые плоскости с директорами, полностью согнута по линии перегиба внутрь. Все три плоскости - две плоскости с директорами и согнутая по линии перегиба дополнительная плоскость - фиксируют, сводя все плоскости прижатием друг к другу. Угол между одинаковыми плоскостями составляет 0 градусов. Так электрически моделируют утолщенные директоры, а в комплексе формируют укороченную структуру классической антенны «волновой канал» с соответствующими параметрами.
Второй трансформированной антенной системой является раскрытое положение антенного адаптера-трансформера. В данном случае дополнительная диэлектрическая плоскость, соединяющая две одинаковые диэлектрические плоскости с размещенными директорами, не согнута по линии перегиба, а расправлена. При этом формируется классическая антенная структура «волновой канал», что создает суммарную расширенную диаграмму направленности с соответствующими параметрами.
Третьей трансформированной антенной системой является развернутое положение антенного адаптера-трансформера. В этом случае дополнительная диэлектрическая плоскость полностью согнута по линии перегиба наружу и не находится между одинаковыми диэлектрическими плоскостями. При этом угол между двумя одинаковыми плоскостями равен О градусов. Так формируют удлиненную структуру классической антенны «волновой канал» с соответствующими параметрами.
Размеры рефлектора и директоров, а также расстояния между ними и активным вибратором рассчитывают типовыми, хорошо известными методами вычисления директорных антенн для средней длины волны рабочего диапазона частот.
Предлагаемый антенный адаптер-трансформер иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-6.
На фиг. 1 показан общий вид адаптера в свернутом положении, на фиг. 2 - тоже в раскрытом положении, на фиг. 3 - тоже в развернутом положении, на фиг. 4 - диаграмма направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях в свернутом положении, на фиг. 5 - тоже в раскрытом положении, на фиг. 6 - тоже в развернутом положении.
Антенный адаптер-трансформер устанавливают на активный вибратор 1 точки доступа. Адаптер содержит диэлектрическую насадку 2, которую насаживают на активный вибратор 1 с возможностью свободного вращения вокруг него. От насадки 2 радиально отходят в размерах насадки 2 три диэлектрические плоскости, а именно: диэлектрическая плоскость 3 с размещенным рефлектором 7, который является пассивным вибратором, и одинаковые диэлектрические плоскости 4 с размещенными директорами 8 (пассивные вибраторы). Диэлектрическая плоскость 3 с размещенным на ней рефлектором 7 расположена на линии, являющейся продолжением биссектрисы угла между плоскостями 4. Плоскости 4 имеют общую линию соприкосновения, расположенную на насадке 2, и соединены между собой с возможностью изменения угла между ними с помощью дополнительной диэлектрической плоскости 6. По центру дополнительной плоскости 6 выполнен перегиб 5, в нем размещен директор 8. Угол между диэлектрическими плоскостями 4 может быть изменен от минимальной величины, равной нулю градусов, что соответствует свернутому положению плоскостей 4 (фиг. 1) и развернутому положению плоскостей 4 (фиг. 3), до максимального значения, определяемого расстоянием между плоскостями 4 в раскрытом положении (фиг. 2). В свернутом положении дополнительная плоскость 6 полностью согнута по линии перегиба 5 внутрь адаптера и расположена между плоскостями 4 (фиг. 1). В развернутом положении дополнительная плоскость 6 полностью согнута по линии перегиба 5 наружу и расположена вне плоскостей 4 (фиг. 3).
Размеры рефлектора 7 и директоров 8, а также расстояния между ними и активным вибратором 1 рассчитывают типовыми, хорошо известными методами вычисления директорных антенн для средней длины волны рабочего диапазона частот в зависимости от расчетного максимального коэффициента усиления, количества вибраторов в директорной структуре для развернутого положения и требуемой ширины диаграммы направленности при раскрытом положении антенного адаптера-трансформера.
Антенный адаптер-трансформер работает следующим образом.
В случаях установки беспроводного технического средства со штатным активным вибратором 1 точки доступа в помещениях, где не обеспечивается оптимальная электромагнитная доступность для комплекса беспроводных радиосредств из-за конфигурации или особенностей места установки, требуется установка дополнительных устройств или подключение внешних антенн, при коммутации кабельными соединениями. Подсоединение внешней антенны, соизмеримой по стоимости с используемыми устройствами, с использованием коаксиального кабеля, при нивелировании поля накрытия помещения, сопровождается вносимым дополнительным затуханием и, в общем случае, требуемые результаты достигаются не всегда. Оптимальным нестандартным выходом, помимо установки дополнительных устройств и внешних антенн, является установка на активный вибратор 1 точки доступа антенным адаптером-трасформером, обеспечивающим необходимую зону перекрытия или повышенную дальность электромагнитной доступности. Такое дополнение обеспечивает возможность настройки по распределению поля накрытия помещения путем трансформации антенной системы в разные граничные и промежуточные положения с поворотом насадки вокруг оси.
В свернутом положении (фиг. 1) электрически моделируют утолщенные директоры, а в комплексе формируют укороченную структуру классической антенны «волновой канал» с соответствующими параметрами, показанными на фиг. 4.
В раскрытом положении (фиг. 2) формируется классическая антенная структура «волновой канал», что создает суммарную расширенную диаграмму направленности с соответствующими параметрами, показанными на фиг. 5.
В развернутом положении (фиг. 3) электрически моделируют утолщенные директоры, а в комплексе формируется удлиненная структура классической антенны «волновой канал» с соответствующими параметрами, показанными на фиг. 6.
Оптимальные размеры антенного адаптера-трансформера были рассчитаны и уточнены в процессе электронного моделирования в программе MMANA для изготовления опытных макетов для частоты 2450 МГц с перекрытием рабочего диапазона частот 2400-2500 МГц. Полученные параметры подтверждают работу антенного адаптера-трансформера в Wi-Fi диапазоне радиочастот.
Во всех случаях все элементы адаптера-трансформера, кроме проводников пассивных вибраторов, выполняют из мнолитного диэлектрика путем литья из пластмассы, из ткане-бумажной комбинации или прессшпана. Проводники выполняют из утолщенной проволоки с фиксацией в местах размещения, утонченной проволоки при использовании вместо одной из швейных нитей или вклеенными полосками фольги. Все это позволяет реализовать изготовление адаптеров-трансформеров в массовом производстве легко и дешево, без привлечения сложного и дорогостоящего оборудования.
Адаптация точки доступа к месту установки на базе штатной ненаправленной антенны с Wi-Fi антенным адаптером осуществляется использованием регулируемой формы диаграммы направленности и изменениями коэффициента усиления путем трансформации директорных структур, выполнения изменения по горизонтали углов между ними или количества директоров в структуре, обеспечивая необходимый уровень сигнала в зоне обслуживания.