Антенна для мобильной базовой станции

Антенна для мобильной базовой станции относится к разновидности антенно-фидерных устройств, работающих в диапазоне коротких и ультракоротких волн, и предназначена для организации беспроводной радиосвязи с составными частями распределенной системы на равнинной, пересеченной и поросшей растительностью местности. Для выше указанного диапазона волн наиболее эффективной антенной является симметричный вибратор. Однако в этом диапазоне волн антенны имеют существенные размеры и их приходиться натягивать на одной или нескольких опорах. Как правило приемопередатчик подключается к симметричному вибратору через фидерную линию, которая должна подводиться симметрично обоих плеч вибраторов. Для организации радиосвязи с составными частями распределенной системы, расположенными вокруг базовой станции, антенна должна иметь круговую диаграмму направленности в горизонтальной плоскости, т.е. полуволновой симметричный вибратор должен быть расположен перпендикулярно поверхности земли. Для симметричного вибратора, расположенного перпендикулярно земли фидер должен подводиться горизонтально, что для мобильных систем не всегда приемлемо (В.П. Чернышов, Д.И. Шейнман «Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства.» Издательство «Связь», Москва, 1973 г.). Так в проспектах компании Communication technologies (т. +7(495)911-6777, info@comtech.ru) представлены диапазонные резонансные низко висящие диполи Серии CT-HF-Dxx, которые натягивают с использованием одной или нескольких опор (мачты, здания, деревья и т.п.) через изоляторы, а подключение антенны к приемопередатчику производится по специальному фидеру.
Данные антенны выбраны за ближайший аналог (прототип) заявляемой полезной модели.
Общими существенными признаками с заявляемой полезной моделью являются: два плеча (диполи) симметричного вибратора выполненных из проводных линий, приемопередатчик с источником питания и диэлектрический изолятор для крепления антенны к различным предметам (опорам).
Недостатком наиболее близкого аналога (прототипа) являются ограниченные условия эксплуатации, связанные с тем, что для мобильных систем иногда бывает не приемлемым горизонтальный подвод фидерной линии к вертикально установленному симметричному вибратору, что может привести к искажению диаграммы направленности антенны. Кроме этого фидер вносит потери энергии, дополнительный вес, увеличивает габариты и трудоемкость разворачивания мобильной антенны, влияет на надежность работы мобильной базовой станции.
Основными факторами, определяющими успешность эксплуатации и особенности конструктивного выполнения мобильных антенн базовых станций, является оперативность разворачивания станции в различных условиях местности и обеспечение надежной радиосвязи с составными частями распределенной системы. Кроме этого, не маловажными факторами являются малые габариты и вес антенны при транспортировании и визуальная малозаметность развернутой антенны.
Задачи, на решение которых направлена заявляемая полезная модель, заключаются в получении: высокой эффективности антенны базовой станции для оперативной организации радиосвязи в сложных условиях местности с распределенными вокруг нее составными частями системы; малые габариты и вес при транспортировании; низкую стоимость и функциональность конструкции; удобство эксплуатации и малозаметность на местности.
Для решения поставленных задач полезная модель, содержит два плеча симметричного вибратора, выполненных из проводных линий, приемопередатчик, автономный источник питания и диэлектрический изолятор для крепления антенны к различным предметам, причем нижнее плечо симметричного вибратора выполнено из двух жильной проводной линии и дополнительно установлены два фильтра низкой частоты и два фильтра высокой частоты. Упомянутые выше составные части соединены в следующей последовательности: диэлектрический изолятор с креплением для фиксации верхнего конца верхнего плеча симметричного вибратора к различным предметам, а нижний конец верхнего плеча симметричного вибратора к первому высокочастотному выводу приемопередатчика; второй высокочастотный вывод приемопередатчика через два фильтра высокой частоты соединен с двумя верхними концами (жилами) проводной линии нижнего плеча симметричного вибратора, кроме этого третий вывод положительного питания приемопередатчика через первый фильтр низкой частоты соединен с первой жилой верхнего конца проводной линии нижнего плеча симметричного вибратора, нижний конец которой соединен с плюсом автономного источника питания, четвертый вывод отрицательного питания приемопередатчика через второй фильтр низкой частоты соединен со второй жилой верхнего конца проводной линии нижнего плеча симметричного вибратора, нижний конец которой соединен с минусом автономного источника питания.
Работа предлагаемой полезной модели поясняется схемой антенны для мобильной базовой станции.
На схеме антенны для мобильной базовой станции, введены следующие обозначения: диэлектрический изолятор с креплением - 1, верхнее плечо симметричного вибратора - 2, нижнее плечо симметричного вибратора - 3, приемопередатчик - 4, фильтры высокой частоты - 5 и 6, фильтры низкой частоты - 7 и 8, автономный источник питания - 9.
Сущность настоящей полезной модели заключается в том, что приемопередатчик 4 устанавливается непосредственно между верхним плечом 2 и нижним плечом 3 симметричного вибратора, а источник 9 питания располагается внизу. Это достигается за счет совмещения двух функций, выполняемых нижним плечом 3 симметричного вибратора: во-первых, в качестве излучающего плеча симметричного вибратора; во-вторых, в качестве двухжильной проводной линии, подающей питание от источника 9 питания на приемопередатчик 4. Совмещение выполнения двух функций нижним двухжильным плечом 3 симметричного вибратора обеспечивается введением двух фильтров 5 и 6 высокой частоты, и двух фильтров 7 и 8 низкой частоты.
Предлагаемая полезная модель работает следующим образом. Диэлектрический изолятор 1 крепится к токопроводящему или полупроводящему предмету (дерево, строение, скала или диэлектрическая мачта) и не позволяет наводимым на верхнем плече 2 симметричного вибратора высокочастотным токам утекать через предмет, к которому он закреплен. В зависимости от того в режиме передачи или в режиме приема работает приемопередатчик 4 верхним 2 и нижним 3 плечами симметричного вибратора соответственно излучаются или принимаются электромагнитные волны. Верхнее плечо 2 симметричного вибратора подключено непосредственно к первому высокочастотному выводу приемопередатчика 4, а две жилы нижнего плеча 3 симметричного вибратора подключены через фильтры 5 и 6 высокой частоты ко второму высокочастотному выводу приемопередатчика 4. Кроме этого, эти две жилы нижнего плеча 3 симметричного вибратора подключены через фильтры 7 и 8 низкой частоты соответственно к третьему положительному выводу и четвертому отрицательному выводу питания приемопередатчика 4, а нижние концы этих жил соответственно подключены к положительному и отрицательному выводам источника 9 питания. Высокочастотные фильтры 5 и 6 пропускают высокочастотные токи ко второму высокочастотному выводу приемопередатчика 4 и не пропускают постоянный ток, а низкочастотные фильтры 7 и 8 наоборот не пропускают высокочастотные токи и пропускают постоянный ток на третий и четвертый выводы питания приемопередатчика 4. Таким образом фильтры 5…8 позволяют нижнему двух жильному плечу 3 симметричного вибратора одновременно выполнять две функции -плеча 3 симметричного вибратора и двухжильной проводной линии для подачи электропитания приемопередатчику 4 от источника 9 питания.
Такое конструктивное исполнение антенны для мобильной базовой станции позволяет получить высокую эффективность антенны с ее минимальной массой и малыми геометрическими размерами. Плечи 2 и 3 симметричного вибратора предпочтительней делать из полевого провода П-274, он обеспечит механическую прочность и гибкость антенны. При транспортировании она может сматываться и будет занимать мало места, а при подвешивании антенны за изолятор 1 и прилагаемой к нижнему концу вибратора 3 силы натяжения от массы источника 9 питания, вибраторы 2 и 3 выпрямятся. Для исключения возможного раскачивания источника 9 питания от ветра его можно дополнительно зафиксировать диэлектрическим шнуром. Кроме этого, размещение источника 9 питания в нижней части антенны облегчит его обслуживание или замену на месте эксплуатации.
Следует отметить, что у большинства малогабаритных приемопередатчиков 4 один высокочастотный вывод, допустим второй, объединен с одним из выводов питания приемопередатчика 4, допустим с четвертым. Тогда для этого варианта объединения выводов отпадает необходимость установки фильтров 5 и 8. Кроме этого в месте подключения нижнего плеча 3 симметричного вибратора к источнику 9 питания дополнительная установка фильтров низкой частоты также не обязательна. Физические размеры источника 9 питания при настройке антенны могут быть учтены и скомпенсированы. Простейшим фильтром высокой частоты может быть высокочастотный конденсатор, а фильтром низкой частоты может быть высокочастотный дроссель.
Данная конструкция антенны для мобильной базовой станции прошла успешные испытания и планируется к внедрению.