ДВУХДИАПАЗОННАЯ АНТЕННА ДЛЯ СОТОВОЙ СВЯЗИ

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована для усиления сигналов сотовой связи и в системах передачи данных в качестве абонентской антенны.
В качестве прототипа рассмотрим универсальную антенну для сотовой связи (патент на полезную модель RU 154396), состоящую из активного вибратора, расположенного над проводящим экраном, симметрирующего устройства, коаксиального входа/выхода или ВЧ-линии передачи, экрана, держателей, защитного кожуха, П-образных шунтов, дополненных шлейфами холостого хода и, по крайней мере, четырех пассивных вибраторов ВЧ-диапазона, отличающаяся тем, что дополнительно включает в себя два пассивных вибратора НЧ-диапазона.
Недостатками описанного устройства являются недостаточно широкий частотный диапазон, в котором могут быть реализованы заявленные характеристики антенны, и низкий коэффициент усиления.
Техническим результатом полезной модели является повышение коэффициента усиления.
Технический результат достигается за счет наличия в антенне двух активных вибраторов, расположенных над проводящим экраном, двух симметрирующих устройств, коаксиального входа/выхода или ВЧ-линии передачи, экрана и, по крайней мере, двух пассивных вибраторов ВЧ-диапазона. Достижение технического результата также обеспечивается тем, что антенна может дополнительно включать в себя, по крайней мере, два пассивных вибратора НЧ-диапазона. Повышение коэффициента усиления возможно и в случае, если к активным вибраторам подключены шунты.
Предлагается двухдиапазонная антенна для сотовой связи, состоящая из двух симметричных активных вибраторов, которые могут иметь различную в том числе и трапецеидальную форму, расположенных над проводящим экраном, которые питаются через два симметрирующих устройства от коаксиального входа, закрепленного на экране. Симметрирующие устройства, выполненные в виде короткозамкнутых мостиков и питающие их от коаксиального входа полосковые линии, образуют единую деталь, которая может быть выполнена в том числе из листового металла. Плечи активных вибраторов соединены, по крайней мере, тремя проводящими шунтами для обеспечения наилучшего согласования и механической прочности. Антенна содержит два пассивных вибратора НЧ- диапазона в виде пластин, которые могут иметь прямоугольную форму, образующих с активными вибраторами и их шунтами единую деталь, которая может быть выполнена из листового металла, и скрепленных с проводящим экраном держателями из проводящего или диэлектрического материала в точках нулевого потенциала. Также антенна содержит, по крайней мере, два пассивных вибратора ВЧ-диапазона, которые могут быть выполнены в виде дисков, скрепленных с активными вибраторами посредством диэлектрических держателей. Для защиты антенны от агрессивных воздействий на экране может быть закреплен диэлектрический кожух со стороны излучающих элементов.
С целью повышения технологичности изготовления антенны экран, активные вибраторы с шунтами и двумя пассивными вибраторами НЧ-диапазона, симметрирующие устройства с питающими их полосковыми линиями, пассивные вибраторы ВЧ-диапазона могут быть изготовлены из листового металла одним способом обработки с последующей гибкой, причем симметрирующие устройства и питающие их полосковые линии образуют единую деталь, два пассивных вибратора НЧ диапазона также образуют с активными вибраторами и их шунтами единую деталь из листового металла.
Заявляемая полезная модель поясняется иллюстрациями, на которых на фиг. 1 изображен общий вид варианта исполнения двухдиапазонной антенны для сотовой связи, где: 1 - защитный диэлектрический кожух антенны; 2, 6 - плечи активных вибраторов; 3 - пассивные вибраторы НЧ-диапазона; 4 - шунты активных вибраторов; 5 - пассивные вибраторы ВЧ-диапазона; 7 -проводящий экран; 8 - диэлектрические держатели пассивных ВЧ-вибраторов; 9 - симметрирующее устройство; 10 - держатель пассивного НЧ- вибратора; 11 - коаксиальный вход/выход антенны; 12 - полосковые линии. На фиг. 2 изображен разнесенный вид двухдиапазонной антенны для сотовой связи.
Антенна состоит из двух разрезных активных вибраторов с плечами 2, 6, двух пассивных вибраторов ВЧ-диапазона 5, трех шунтов 4, двух пассивных вибраторов НЧ-диапазона 3, держателей 8, 10, двух симметрирующих устройств 9, питающих их полосковых линий 12, коаксиального входа/выхода 11, экрана 7 и защитного диэлектрического кожуха 1. Плечи 2 и 6 активного вибратора разделены с зазором и имеют контуры трапецеидальной формы. В плоскости вибраторов расположены три шунта 4. Шунты 4 включены в плечи активных вибраторов 2 и 6. Активные вибраторы, шунты 4 закреплены над экраном 7 при помощи держателей 10 за середины шунтов 4. Над плечами 2, 6 расположены два плоских пассивных вибратора ВЧ-диапазона 5, которые могут быть выполнены в виде дисков. При этом пассивные вибраторы ВЧ-диапазона 5 лежат над разрезами активных вибраторов. Пассивные вибраторы ВЧ-диапазона 5 прикреплены к активным вибраторам при помощи диэлектрических держателей 8. Пассивные вибраторы НЧ-диапазона 3 расположены под шунтами 4. Антенна может быть снабжена защитным диэлектрическим кожухом 1, закрепленным на экране 7 со стороны излучателей.
Двухдиапазонная антенна для сотовой связи работает в НЧ-диапазоне следующим образом: при подаче сигнала на плечи 2 и 6, через коаксиальный вход/выход 11, полосковые линии 12 и симметрирующие устройства 9, активные вибраторы синфазно возбуждаются и совместно с экраном 7 формируют излучение с линейной поляризацией преимущественно в направлении вибраторов относительно экрана. Шунты 4 активных вибраторов и короткозамкнутые мостики симметрирующих устройств 9 являются реактивными нагрузками для активных вибраторов и устанавливают режим согласования на входе антенны. Пассивные вибраторы НЧ-диапазона 3 электромагнитно связаны с активными вибраторами и образованными шунтами линейными вибраторами и вследствие этого влияют на входное сопротивление антенны и устанавливают режим согласования в верхней части НЧ-диапазона. Пассивные вибраторы ВЧ-диапазона 5 ввиду незначительных электрических размеров в НЧ-диапазоне почти не оказывают влияния на основные характеристики антенны. Держатели 10 скреплены с пассивными вибраторами 3 и шунтами 4 в узлах напряжения и также не оказывают влияния на работу антенны.
Двухдиапазонная антенна для сотовой связи работает в ВЧ-диапазоне следующим образом: при подаче сигнала на плечи 2 и 6, через коаксиальный вход/выход 11, полосковые линии 12 и симметрирующие устройства 9, активные вибраторы синфазно возбуждаются и совместно с экраном 7 формируют излучение с линейной поляризацией преимущественно в направлении вибраторов относительно экрана. При этом плечи активных вибраторов в данном диапазоне частот имеют увеличенные электрические размеры и, следовательно, увеличенную эффективную площадь, приводящую к росту коэффициента усиления. Участки шунтов 4 образуют линейные вибраторы, которые возбуждаются практически синфазно с плечами 2, 6 активных вибраторов, что также приводит к росту коэффициента усиления антенны. Пассивные вибраторы ВЧ-диапазона 5 расположены над пучностями токов плеч 2, 6, которые находятся вблизи разреза/зазора, разделяющего эти плечи, и выполняют роль директоров в верхней части ВЧ-диапазона. Применение вибраторов ВЧ-диапазона 5 приводит к росту коэффициента усиления в верхней части ВЧ-диапазона. Держатели 10 скреплены с пассивными вибраторами 3 и шунтами 4 в узлах напряжения и также не оказывают влияния на работу антенны. Размеры пассивных вибраторов ВЧ-диапазона, активных вибраторов, элементов симметрирующих устройств, шунтов, пассивных вибраторов НЧ-диапазона, их взаимное расположение и расположение относительно экрана позволяют согласовать антенну с линией передачи.
Описанная конструкция позволила получить следующие основные характеристики при реализации антенны для НЧ-диапазона 710-960 МГц и ВЧ-диапазона частот 1700-2700 МГц:
1) КСВ по входу антенны не более 2 в диапазонах частот 707-1003 МГц и 1550-2954 МГц и не более 1,5 в диапазонах 767-976 МГц, 1676-2785 МГц;
2) коэффициент усиления в НЧ-диапазоне частот 8,5÷10,1 дБ по отношению к изотропному излучателю;
3) коэффициент усиления в ВЧ-диапазоне частот 11,2÷15,4 дБ по отношению к изотропному излучателю;
4) уровень бокового излучения не более 16,8 дБ;
5) размеры антенны с учетом размеров кожуха 240 мм × 240 мм × 65 мм.