Антенна для приема сигнала сотовой связи

Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к малогабаритным антеннам, и может найти применение для реализации сотовой связи в удаленных от ретрансляционных вышек районах, в том числе, для задач электромагнитной совместимости и радиомониторинга.
Известна автомобильная антенна для сотовой связи (патент на ПМ RU №108221, МПК H01Q 1/00, опубл. 10.09.2011, Бюл. №25), устанавливаемая на крыше автомобиля, причем антенна представляет собой осесимметричную антенну поверхностных волн, центр которой совмещен с центром металлической крыши автомобиля, а подложкой служит крыша автомобиля с нанесенной на участок размещения антенны замедляющей диэлектрической структурой, через которую изнутри автомобиля проходит коаксиальный кабель, оканчивающийся диском и образующий с подложкой возбуждающий осесимметричный рупор.
Недостатком данной антенны являются узкая область применения из-за возможности применения только в паре с автомобилем, то есть невозможность использования при пеших перемещениях.
Наиболее близким по технической сущности является антенна (патент RU №2439756, МПК H01Q 9/00, опубл. 10.01.2012, Бюл. №1), содержащая сигнальный металлический диск, расположенный на диэлектрической подложке, которая установлена на земляную металлическую пластину, параллельную сигнальному металлическому диску, и отрезок коаксиальной линии, отличающаяся тем, что в сигнальном металлическом диске выполнено круглое отверстие, диаметр которого больше диаметра внешнего проводника отрезка коаксиальной линии, и центром которого является центр сигнального металлического диска, а земляная металлическая пластина выполнена в виде металлического диска, при этом введены дополнительный земляной металлический диск и дополнительная диэлектрическая подложка, идентичные земляному металлическому диску и диэлектрической подложке соответственно, причем дополнительная диэлектрическая подложка установлена на сигнальный металлический диск, а на нее установлен дополнительный земляной металлический диск, причем центры сигнального металлического диска, земляного металлического диска и дополнительного земляного металлического диска расположены на одной оси, перпендикулярной плоскости дисков, являющейся осью антенны, отрезок коаксиальной линии расположен по центру земляного и дополнительного земляного металлических дисков, которые соединены с внешним проводником отрезка коаксиальной линии, а конец центрального проводника отрезка коаксиальной линии, расположенный в плоскости сигнального металлического диска, гальванически соединен с сигнальным металлическим диском, по меньшей мере, одним контактным элементом, проходящим через отверстие во внешнем проводнике отрезка коаксиальной линии.
Недостатком данной антенны является сложность конструкции из-за большого количества конструктивных сложно изготавливаемых и хранимых элементов, приводящих к невозможности использования при пеших перемещениях, например, при осмотре удаленных объектов нефтегазодобычи.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание антенны для приема сигнала сотовой связи, позволяющей использовать ее при пеших перемещениях в удалённых от ретрансляционных вышек районах за счет лёгкости и простоты конструкции.
Техническая задача решается антенной для приема сигнала сотовой связи, включающей сигнальный металлический диск, установленный на диэлектрической подложке и соединенный жилами с отрезком коаксиальной линии с приемопередающей аппаратурой.
Новым является то, что сигнальный диск выполнен парным, состоящим из параллельно установленных на расстоянии разорванных вертикальных колец, соединенных соответствующими открытыми концами между собой и с соответствующими жилами отрезком коаксиальной линии, а диэлектрическая подложка изготовлена в виде вертикальной мачты, для сообщения с приемопередающей аппаратурой жилы другого конца отрезка коаксиальной линии соединены с концами разорванного кольца, аналогично изготовленного вертикальным кольцам, причем диаметр всех разрывных колец определяют по формуле:
,
где D - диаметр колец, м;
π - постоянная ≈3,14;
м
L - длина волны, м, определяемая по формуле:
,
м
где L - длина волны, м;
с - скорость света ≈ 300000000, м/с;
η - частота передаваемого сигнала, Гц,
а расстояние между параллельными кольцами определяют по формуле:
,
где S - расстояние между параллельными кольцами, м.
Новым является также то, что вертикальная мачта изготовлена сборной, состоящей из телескопически вставленных в друг друга конусных полых патрубков, вылет которых ограничен взаимодействием конусных окончаний при выдвижении из друг друга.
На чертеже изображена схема антенны для приема сигнала сотовой связи.
Антенна для приема сигнала сотовой связи включает в себя сигнальный металлический диск 1, установленный на диэлектрической подложке 2 и соединенный жилами (показаны условно) с отрезком коаксиальной линии 3 с приемопередающей аппаратурой (сотовым телефоном - не показан). Сигнальный диск 1 выполнен парным, состоящим из параллельно установленных на расстоянии S разорванных вертикальных колец 4 и 5, соединенных соответствующими открытыми концами между собой перемычками 6 и с соответствующими жилами отрезком коаксиальной линии 3, а диэлектрическая подложка 2 изготовлена в виде вертикальной мачты. Для сообщения с приемопередающей аппаратурой жилы другого конца отрезка коаксиальной линии 3 соединены с концами разорванного кольца 7, аналогично изготовленного вертикальным кольцам 4 и 5.
Диаметр D всех разрывных колец определяют по формуле:
где D - диаметр колец, м;
k - коэффициент - натуральное число от 1 и больше для стабильного приема сигнала выбранной частоты, так как целью является минимизирование габаритов, то принимаем k=1;
π - постоянная ≈ 3,14;
м
L - длина волны, м, определяемая по формуле:
м
где L - длина волны, м;
с - скорость света ≈ 300000000, м/с;
η - частота передаваемого сигнала, Гц.
Расстояние между параллельными кольцами для исключения наложений и искажений принимаемого и передаваемого сигналов определяют по формуле:
где S - расстояние между параллельными кольцами, м.
Для компактности при переноске вертикальная мачта диэлектрической подложки 2 может быть изготовлена сборной, состоящей из телескопически вставленных в друг друга конусных полых патрубков 8 и 9, вылет которых ограничен взаимодействием конусных окончаний с углом заклинивания (для металла, например, менее 12) для фиксации при выдвижении из друг друга.
Антенна работает следующим образом.
м
При изготовлении сначала определяют несущую частоту η, на которой работает сотовая связь, исходя из чего определяют длину волны по формуле [2], например, при частоте сигнала 900 МГц длина волны равно примерно L=0,33 м, следовательно, из формулы [1] диаметр D колец 4, 5 и 7 будет составлять D ≈ 0,106 м или 10,6 см, а расстояние S между кольцами 4 и 5 сигнального металлического диска 1 из формулы [3], то есть длина перемычек 6 составляет S ≈ 0,08 м или 8 см. Кольца соединяют 4 и 5 соединяют перемычками 6 и устанавливают на вертикальную мачту диэлектрической подложки 2. Кольца 4 и 5 соединяют с кольцом 7 при помощи концевых соединительных жил (пайкой, скруткой или т.п.) отрезком коаксиальной линии 3. Все укладывается в багажную сумку (не показана) и берется в автомобиль (не показан) при поездках и/или в ручную кладь (не показана) при пеших переходах, например, оператором при обходе нефтяного месторождения.
При слабом сигнале сети сотовой связи пользователь может установить вертикальную мачту диэлектрической подложки 2 с кольцами 4 и 5 на возвышенность (например, холм, высокое дерево или т.п.), при наличии выдвинуть для увеличения общей высоты полый конусный патрубок 9 из патрубка 8 до заклинивания их концов между собой. Сотовый телефон (приемопередающую аппаратуру) поднося к кольцу 7, поворотом вертикальной мачты диэлектрической подложки 2, добиваются максимального сигнала (например, поворотов в сторону ретрансляционной вышки и/или ближайшего населенного пункта), после чего налаживают сотовую связь обычным образом. Как показала практика, данная антенна для приема сигнала сотовой связи позволяет уверенно принимать сигналы сотовой связи при удалении от ретрансляционной вышки и/или ближайшего населенного пункта на удалении до 27 км без дополнительного питания электроэнергией.
Так как все конструктивные элементы просты и малогабаритны, то они не занимают большого объема и легки для переноски.
Предлагаемая антенна для приема сигнала сотовой связи позволяет использовать ее при пеших перемещениях в удалённых от ретрансляционных вышек районах за счет лёгкости и простоты конструкции.