Wi-Fi АНТЕННЫЙ АДАПТЕР С ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СВЯЗЬЮ

Полезная модель относится к устройствам адаптации пространственного распространения радиоволн, излучаемых антенной, к конфигурации размещения абонентов в помещениях и может быть использована в технологиях беспроводных сетей. В целях формирования требуемой диаграммы направленности, предлагаемый Wi-Fi антенный адаптер с трансформаторной связью может применяться для оптимизации работы штатных ненаправленных антенн с целью повышения эффективности работы беспроводных точек доступа, других гаджетов и систем радиосвязи за счет переформирования диаграммы направленности.
Известен антенный адаптер (патент RU №116277 U1 от 20.05.2012), содержащий систему формирующих диаграмму направленности вертикальных пассивных вибраторов, представляющих собой рефлектор и как минимум два директора. Отдельные горизонтальные траверсы с установленными на них рефлектором и директорами, снабженные на одном конце кольцами, с помощью которых они крепятся на активный вибратор, в целях адаптации антенны к месту установки роутера, могут поворачиваться вокруг штатного вибратора. При повороте между собой и вокруг оси они обеспечивают изменение диаграммы направленности, «вписывая в обслуживаемое помещение».
Недостатками известного антенного адаптера являются низкая надежность крепежа и отсутствие гарантированной фиксации взаимного расположения вибраторов, обеспечивающих стабильность настроенной диаграммы направленности в пространстве.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является антенный адаптер-трансформер (патент RU №135851 U1 от 20.12.2013), содержащий систему формирующих диаграмму направленности вертикальных пассивных вибраторов, представляющих собой рефлектор и директоры, установленные на активный вибратор точки доступа с помощью диэлектрической насадки с возможностью вращения вокруг него. От насадки радиально отходят три вертикальные диэлектрические плоскости, на которых размещены пассивные вибраторы, одна - для рефлектора, а на двух одинаковых других, имеющих общую линию соприкосновения диэлектрических плоскостей, размещены директоры. 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. В зависимости от взаимного изменения расположения пассивных вибраторов производится изменение диаграммы направленности с адаптацией к месту установки роутера.
Недостатками известного антенного адаптера-прототипа являются относительная громоздкость конструкции, коэффициент стоячей волны (КСВ), не уменьшающийся менее 2, и технологическая сложность изготовления и применения.
Целью полезной модели является упрощение конструкции, снижение КСВ и расширение раствора односторонней диаграммы направленности системы: штатная антенна в комплексе с антенной насадкой.
Технический результат состоит в создании одностороннего излучения, с расширенным раствором диаграммы направленности за счет конструктивного исполнения полотна адаптера, при гальванической развязке со штатной антенной, упрощении конструкции и упрощенной технологичности изготовления.
ср
ср.
Это достигается тем, что в Wi-Fi антенном адаптере с трансформаторной связью, содержащем систему вертикальных вибраторов, для установки на активный вибратор точки доступа с помощью диэлектрической насадки с радиально отходящими вертикальными диэлектрическими плоскостями, на которых размещены вибраторы, с возможностью вращения вокруг него, насадка выполнена из диэлектрической трубки. От вертикальной линии на поверхности диэлектрической трубки отходят две несущие диэлектрические плоскости для размещения плеч системы вибраторов полотна при расположении их под горизонтальным углом 90 градусов друг относительно друга. Система вертикальных вибраторов адаптера выполнена в виде горизонтального двойного треугольного зигзагообразного полотна вертикальной поляризации перегнутого на 90 градусов и расположенного на отходящих плоскостях. Вертикальные проводники оснований треугольников антенного полотна имеют протяженность 0,4λ. Проводники боковых сторон треугольников, расположенные под углами к вертикальным проводникам, имеют протяженность 0,3λ. В разрыв сходящейся пары идущих с противоположных плоскостей сверху и снизу проводников, у точки на вертикальной линии, включен виток связи высокочастотного трансформатора, опоясывающий в горизонтальной плоскости активный вибратор по поверхности диэлектрической трубки. Разрыв другой сходящейся пары закорочен при пропуске цепи внутри витка.
Благодаря наличию этих признаков, с помощью предлагаемого адаптера, создается односторонняя форма диаграммы направленности с увеличенным коэффициентом усиления в ее широкой зоне и оптимально обеспечивается электромагнитная доступность беспроводных устройств в помещении при применении из одной точки. Конструктивное упрощение диэлектрической насадки и антенных элементов снижают себестоимость при изготовлении и упрощают применение.
Новизна адаптера в части устройства усматривается в том, что связь зигзагообразного полотна антенны с активным вибратором, дополнительно к пространственно наведенным от активного штатного вибратора токов, обеспечивается витком связи высокочастотного трансформатора, опоясывающим в горизонтальной плоскости вертикальный активный вибратор по поверхности диэлектрической трубки, создающие в сумме увеличенную передачу энергии в образующие диаграмму направленности переизлучающие элементы.
Новизна в части устройства усматривается в том, что виток связи - трансформаторный источник питания цепи проводников зигзагообразного полотна антенны, включен в проводники зигзагообразного полотна последовательно, с перекрещиванием у точки источника питания.
Промышленная применимость заявленного технического решения усматривается в сравнительной простоте изготовления, тиражирования и эксплуатации, в высоких электрических показателях, как в виде самостоятельной антенны, так и в составе сложных антенных устройств, возможности использования на промышленной основе и конкурентоспособном уровне.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, показанными на фиг. 1-2.
На фиг. 1 представлен общий вид адаптера, на фиг. 2 - диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости с указанием основных параметров при использовании адаптера.
ср
ср
Wi-Fi антенный адаптер с трансформаторной связью устанавливается на штатную антенну 11 (фиг. 1), содержащую активный вибратор 1, в виде диэлектрической насадки, выполненной из диэлектрической трубки 2 с отходящими от одной вертикальной линии 7 на ее поверхности двумя диэлектрическими плоскостями 3 для размещения диаграммообразующих вибраторов. Плоскости расположены под горизонтальным углом 90 градусов друг к другу. Система вертикальных вибраторов выполнена в виде горизонтального двойного треугольного зигзагообразного антенного полотна 4, перегнутого на 90 градусов. Антенное полотно 4 расположено на отходящих несущих плоскостях 3. Вертикальные проводники оснований треугольников 5 - внешние стороны треугольников плеч зигзагообразного полотна имеют протяженность 0,4λ. Проводники боковых сторон треугольников 6, расположенные под углами к вертикальным проводникам 5, имеют протяженность 0,3λ. В разрыв сходящейся пары проводников сторон треугольников 6 у точки вертикальной линии, идущих с противоположных плоскостей 3 сверху и снизу включен виток связи 9 высокочастотного трансформатора, опоясывающий в горизонтальной плоскости по поверхности диэлектрической трубки 2 активный вибратор 1. Разрыв 8, другой сходящейся пары проводников сторон треугольников 6, закорочен при пропуске цепи проводников 6 внутри витка 9.
ср.
ср.
ср.
ср.
WI-FI антенный адаптер с трансформаторной связью работает следующим образом. Антенный адаптер устанавливается на штатную ненаправленную антенну 11, точнее на активный элемент 1, состоящий из автономного ненаправленного вертикального линейного полуволнового вибратора точки доступа, одновременно являющийся первичной обмоткой высокочастотного трансформатора. Виток трансформатора связи 9, опоясывающий в горизонтальной плоскости по поверхности диэлектрической трубки 2 активный вибратор 1, являющийся вторичной обмоткой высокочастотного трансформатора, питает антенное полотно 4. Антенное полотно 4 размещено на отходящих несущих плоскостях 3 расположенных под горизонтальным углом 90 градусов друг к другу и перегнуто на 90 градусов. Биссектриса угла перегиба является осью симметрии диаграммы направленности, так как перекрестное включение витка связи 9 высокочастотного трансформатора при суммарной протяженности проводников 5 и 6 в каждом плече равной λ, создаст в вертикальных проводниках 5, длиной, близкой к 0,5 λ синфазные токи одинаковых амплитуд. Ввиду того, что проекции промежуточных проводников 6 на биссектрису угла соизмеримы с 0,25λ, при длинах питающих линий вертикальных вибраторов по напряжению, являющихся проводниками 6, равными 0,3λ, то при трансформаторной связи в двух вертикальных проводниках 5 будут протекать токи, относительно тока активного вибратора, с разностью фаз, близкой к π/2. Одновременно, кроме токов проводимости в проводниках индуцируются токи смещения и суммируясь образуют фазовый фронт квазисинфазной антенной решетки. В связи с этим формируется выраженная направленность, свойственная фазированным антенным решеткам, но более широкая, с плавным убыванием от оси симметрии из-за нарушения синфазности.
Оптимальные размеры WI-FI антенного адаптера с трансформаторной связью были рассчитаны и уточнены в процессе электронного моделирования в программе MMANA. Полученные параметры (фиг. 2) наглядно подтверждают работу адаптера. Все детали WI-FI антенного адаптера имеют простую форму и сделаны из однородных и однотипных материалов. Это позволяет реализовать изготовление их в массовом производстве легко и дешево. Изготовленный опытный макет адаптера для частоты 2450 МГц с перекрытием рабочего диапазона частот 2400-2500 МГц полностью подтвердил теоретические доводы и результаты электронного моделирования.