PL211311B1 - Sposób formowania wiązki promieniowania elektromagnetycznego - Google Patents

Description

(11) 211311 (13) B1

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 378456 ^{(51) Int.Cl.}

H01Q 3/40 (2006.01) H01Q 21/00 (2006.01) H01Q 25/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 16.12.2005 (54) Sposób formowania wiązki promieniowania elektromagnetycznego

	(73) Uprawniony z patentu:
	POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, Wrocław, PL
(43) Zgłoszenie ogłoszono:
25.06.2007 BUP 13/07	(72) Twórca(y) wynalazku:
	KRZYSZTOF WINCZA, Wrocław, PL SŁAWOMIR GRUSZCZYŃSKI, Wrocław, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono:
31.05.2012 WUP 05/12	(74) Pełnomocnik:
	rzecz. pat. Regina Kozłowska

PL 211 311 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób formowania wiązki promieniowania elektromagnetycznego przez antenę wielowiązkową z ośmioma elementami promieniującymi i macierzą Butlera. Układy antenowe z macierzą Butlera są powszechnie stosowane w systemach telekomunikacyjnych. Pozwalają one na zwiększenie pojemności systemu poprzez zastosowanie zwielokrotnienia przestrzennego lub też zwiększenie stosunku sygnał/szum. Ponadto zysk energetyczny takiej anteny dla każdej wiązki, jest równy zyskowi energetycznemu anteny ośmioelementowej, co sprawia, że antena taka odpowiada czterem układom antenowym 8x1. Znany ze stosowania sposób formowania wiązki promieniowania elektromagnetycznego, w którym na jedne z czterech wrót wejściowych podaje się sygnał, po czym z użyciem układu antenowego wielowiązkowego z macierzą Butlera 4x4 dzieli się go na cztery sygnały o równych amplitudach ze stałym przesunięcie fazowym wynoszącym 45°, 135°, -45° albo -135°, następnie każdy z sygnałów dzieli się w sprzęgaczu na dwa sygnały o równych amplitudach i o przesunięciu fazowym wynoszącym 180°, tak uformowanym sygnałem zasila się osiem elementów promieniujących ułożonych wzdłuż jednej linii prostej, w wyniku czego otrzymuje się antenę o charakterystykach promieniowania, w której poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest nie więcej niż o 10dB większy od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków.

Znany jest sposób realizowany przez układ antenowy składający się z czterech elementów promieniujących, zasilanych poprzez macierz Butlera wyposażoną w cztery sprzęgacze kierunkowe 3 dB/90° oraz dwa przesuwniki fazy 45° (A. Derneryd, B. Jahannisson, „Adaptive base-station antenna arrays, Ericsson Review, No. 3, 1999). Układ ten pozwala na uzyskanie czterech niezależnych odpowiednio rozłożonych w przestrzeni wiązek. Możliwy do uzyskania poziom listków bocznych takiej anteny wynosi około -8dB. Znana jest modyfikacja tego układu polegająca na dołączeniu ośmiu elementów promieniujących do macierzy Butlera 4x4 poprzez sieć sprzęgaczy 3 dB 0/180°.

Antena ta pozwala na uzyskanie czterech odpowiednio rozłożonych w przestrzeni wiązek, których kąt połowy mocy jest mniejszy niż w przypadku anteny czteroelementowej zasilanej macierzą Butlera 4x4. Możliwy do uzyskania poziom listków bocznych w tej antenie wynosi około -13,5 dB (W. R. Li et al. „Switchedbeam antenna based on modified Butler matrix with Iow sidelobe level). W celu obniżenia poziomu listków bocznych stosuje się w układach antenowych sieci zasilania zapewniające nierównomierny rozkład mocy doprowadzonej do poszczególnych wejść promienników.

Istota sposobu formowania wiązki, polega na tym, że w sprzęgaczu sygnał dzieli się na dwa sygnały o różnych amplitudach i o przesunięciu fazowym wynoszącym 180°, po czym tak uformowanym sygnałem zasila się osiem elementów promieniujących. Każdą z par elementów promieniujących usytuowanych symetrycznie względem osi symetrii anteny, zasila się sygnałem o takiej samej amplitudzie, ponadto wybrane elementy promieniujące ustawia się względem elementów promieniujących z przesunię ciem fazy sygnał u 180°, w wyniku czego otrzymuje się antenę , w której poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest większy o co najmniej 13,5 dB od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków.

Korzystnie poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest większy o co najmniej 20 dB od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków.

Zaletą sposobu według wynalazku jest to, że w antenie złożonej z ośmiu elementów promieniujących i macierzy Butlera 4x4 zastosowano sieć podziału mocy złożoną ze sprzęgaczy 0/180° o nierównomiernym podziale mocy, co pozwala na uzyskanie odpowiedniego rozkładu mocy na wejściach promienników, a tym samym na uzyskanie dowolnie niskich listków bocznych. Ponadto dzięki zastosowaniu odpowiedniego ułożenia elementów promieniujących możliwe jest uproszczenie układu polegające na tym, że sieć podziału mocy złożona jest z dwóch par identycznych sprzęgaczy 0/180°. W przypadku, gdy elementy promieniują ce nie są względem siebie odpowiednio obrócone sieć podziału mocy składa się z czterech różnych sprzęgaczy 0/180°.

Przedmiot wynalazku objaśniony jest w przykładzie wykonania oraz w oparciu o rysunek, który przedstawia schemat ideowy anteny wielowiązkowej z ośmioma elementami promieniującymi.

P r z y k ł a d 1

Sposób formowania wiązki promieniowania elektromagnetycznego za pomocą anteny wielowiązkowej z ośmioma elementami promieniującymi 1, 2, w którym na jedno z czterech wrót wejściowych podaje się jeden sygnał, po czym z użyciem układu antenowego wielowiązkowego z macierzą Butlera 4x4 jako sieci formowania wiązki 3, dzieli się go na cztery sygnały o równych amplitudach ze stałym przesunięcie fazowym wynoszącym 45°, 135°, -45° albo -135°. Następnie każdy z sygnałów

PL 211 311 B1 dzieli się w sprzęgaczu 4, 5 na dwa sygnały o różnych amplitudach oraz o przesunięciu fazowym wynoszącym 180° i tak uformowanym sygnałem zasila się osiem elementów promieniujących 1, 2, przy czym każdą z par elementów promieniujących 1, 2 usytuowanych symetrycznie względem osi symetrii anteny zasila się sygnałem o takiej samej amplitudzie. Elementy promieniujące i ustawia się względem elementów promieniujących 2 z przesunięciem fazy sygnału wynoszącym 180°. Tak zasilana antena ma charakterystykę promieniowania, w której poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest większy o 13,5 dB od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków.

P r z y k ł a d 2

Sposób formowania wiązki promieniowania elektromagnetycznego, przebiega jak w przykładzie pierwszym z tą różnicą, że uformowanym sygnałem zasila się osiem elementów promieniujących 1, 2 tworzących antenę o takiej charakterystyce promieniowania, w której poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest co najmniej o 20 dB większy od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób formowania wiązki promieniowania elektromagnetycznego, w którym na jedno z czterech wrót wejściowych podaje się jeden sygnał, po czym z użyciem układu antenowego wielowiązkowego z macierzą Butlera 4x4 dzieli się go na cztery sygnały ze stałym przesunięciem fazowym wynoszącym 45°, 135°, -45° albo -135°, następnie każdy z sygnałów dzieli się w sprzęgaczu na dwa sygnały o przesunięciu fazowym wynoszącym 180°, tak uformowanymi sygnałami zasila się osiem elementów promieniujących ułożonych wzdłuż jednej linii prostej, w wyniku czego otrzymuje się antenę o charakterystykach promieniowania, w której poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest większy od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków, znamienny tym, że w sprzęgaczu (4, 5) sygnał dzieli się na dwa sygnały o różnych amplitudach i o przesunięciu fazowym wynoszącym 180°, po czym tak uformowanym sygnałem zasila się osiem elementów promieniujących (1, 2), przy czym każdą z par elementów promieniujących (1, 2) usytuowanych symetrycznie względem osi symetrii anteny, zasila się sygnałem o takiej samej amplitudzie, ponadto elementy promieniujące (1) ustawia się względem elementów promieniujących (2) z przesunięciem fazy sygnału o 180°, w wyniku czego otrzymuje się antenę, w której poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest większy o co najmniej 13,5 dB od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków.
2. 2. Sposób, według zastrz. 1, znamienny tym, że poziom sygnału wypromieniowanego na kierunku głównego listka jest większy o co najmniej 20 dB od sygnału wypromieniowanego na kierunku bocznych listków.