PL226960B1 - Antena oprzełaczanej polaryzacji - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy anten o przełączanej polaryzacji, a ściślej anten, w których zmiana polaryzacji następuje w wyniku przełączania ścieżek w sieci zasilającej.

Możliwość elektronicznego sterowania polaryzacją anteny stanowi pożądaną właściwość w licznych sytuacjach. W szczególności dyskryminacja polaryzacyjna (na zmianę pionowa/pozioma albo lewoskrętna/prawoskrętna) była wykorzystywana dla większego zagęszczenia kanałów radiowych na satelitach telekomunikacyjnych i telewizyjnych. Takie rozwiązanie wymagało anteny odbiorczej o przełączanej polaryzacji.

Anteny o przełączanej polaryzacji znajdują również zastosowanie w warunkach propagacji wielodrogowej w szczególności w sytuacjach, kiedy nie ma bezpośredniej widoczności pomiędzy nadajnikiem a odbiornikiem, zaś polaryzacja fali przenoszącej przesyłany sygnał ulega licznym zmianom wskutek odbić od elementów środowiska propagacyjnego.

W związku z tym konstrukcje anten o przełączanej polaryzacji są opracowywane od dłuższego czasu. Zwykle przełączane są tylko dwie polaryzacje: pozioma i pionowa albo kołowa lewoskrętna i kołowa prawoskrętna. Niniejszy wynalazek dotyczy anteny, którą można wysterować na dowolną z czterech powyższych polaryzacji. Przykład sieci zasilającej takiej anteny jest dostępny w literaturze (Z. Bieńkowski, „Poradnik ultrakrótkofalowca”, WKŁ, 1998 str. 892-893), co przedstawia rysunek - pos. 1.

Wrota wejściowe sieci zasilającej są połączone z wrotami wyjściowymi A oraz wrotami wejściowymi B za pośrednictwem przewodów o różnych długościach elektrycznych oraz przełączników w sumie pięciu. Wrota A są połączone z wrotami pierwszej anteny dipolowej, zaś wrota B SA połączone z wrotami drugiej anteny dipolowej. Pierwsza i druga antena dipolowa SA ustawione prostopadle, w konfiguracji „X” albo w konfiguracji „+”. W zależności od ustawień przełączników sygnał doprowadzany jest do pierwszej albo drugiej anteny, albo do obu w różnych fazach. W przypadku ustawienia różnicy faz równej +/- 90 stopni uzyskuje się polaryzację kołową, zaś w przypadku doprowadzenia pojedynczych sygnałów - polaryzację liniową.

Wadą tego rozwiązania jest brak symetrii torów prowadzących do portów anteny, znaczna liczba przełączników sygnału w.cz., niska separacja pomiędzy torami oraz skrzyżowane linie transmisyjnych w.cz. utrudniające realizację w technice mikropaskowej.

Znana jest z opisu patentowego US2007096919 antena łatkowa posiadająca dwa punkty ortogonalne pobudzania. Jeden polaryzuje antenę pionowo a drugi poziomo. Obwody zasilające antenę mogą być umieszczone bezpośrednio na płytce drukowanej np. w postaci linii mikropaskowych. Antena zawiera dzielnik sygnału w postaci rozgałęźnika, którego porty połączone są z punktami płytki drukowanej, a punkty te połączone są odpowiednio z pierwszym i drugim punktem pobudzania anteny. Antena generuje wyłącznie pobudzanie kołowe.

Znana jest antena z opisu patentowego US2005110683, w której sieć zasilająca może być zbudowana z linii mikropaskowych w systemie przełączanych pojedynczych przesuwników fazy z dzielnikiem Wilkinsona do zasilania wiązek systemu antenowego. Zmiany faz mogą wynosić 0, 90, 180, 270 stopni. Przesuwnik fazowy jest podłączony do każdej gałęzi anteny a dzielnik Wilkinsona może być użyty do podniesienia stopnia izolacji. Sygnał zasilający antenę jest doprowadzany poprzez dzielnik i przełączane przesuwniki fazowe, w zależności od sygnałów sterujących.

Celem niniejszego wynalazku jest rozwiązanie tych problemów.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że z dzielnika sygnału jest doprowadzany sygnał do dwóch przełączanych, dwustanowych przesuwników fazy przystosowanych do doprowadzania do punktów pobudzenia sygnałów w.cz., których fazy różnią się o 0, 90, 180 albo 270 stopni, w zależności od wybranego zestawu sygnałów sterujących, przy czym przesuwniki fazy stanowią przesuwniki Schiffmana. Korzystnym jest, gdy przesuwniki fazy stanowią przełączane linie o różnych długościach elektrycznych. Sygnały sterujące dla przesuwników fazy są korzystnie doprowadzane z mikroprocesora. Dzielnik sygnału korzystnie stanowi dzielnik Wilkinsona.

Antenę z siecią zasilającą według wynalazku przedstawiono w przykładzie wykonania, na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia schemat ideowy sieci przełączan ej sieci zasilającej według wynalazku, natomiast Fig. 2 przedstawia antenę łatkową przystosowaną do współpracy z tą siecią zasilającą, a Fig. 3 - sieć zasilającą w technice mikropaskowej.

Na Fig. 1 przedstawiono schemat ideowy sieci zasilającej według wynalazku. Wrota wejściowe W sieci są połączone z dzielnikiem D1 połączonym z przełącznikami P1, P3. Przełącznik P1, w zależPL 226 960 B1 ności od stanu, łączy wyjście dzielnika D1 z linią L11 albo linią L12. Przełącznik P3, w zależności od stanu, łączy wyjście dzielnika D1 z linią L13 albo L14. Przełącznik P2, w zależności od stanu, łączy wrota A sieci zasilającej z linią L11 albo L12. Przełącznik P4, w zależności od stanu, łączy wrota B z linią L13 albo L14.

Sygnał doprowadzany do portu W podlega podziałowi w dzielniku D1. Przełączniki P1, P2, P3 i P4 umożliwiają przełączanie pomiędzy liniami transmisyjnymi w.cz. o różnych długościach elektrycznych. Linie L12 i L13 mają równe długości elektryczne na częstotliwości pracy anteny. Długość elektryczna linii L11 jest większa od długości elektrycznych linii L12 i L13 o 180 stopni. Długość elektryczna linii L14 jest większa od długości linii L12 i L13 o 90 stopni. Możliwe są następujące stany pracy układu:

• stan 1: Sygnał w.cz. jest prowadzony przez linie L11 i L14 - wówczas do portu A trafia sygnał opóźniony o 90 stopni względem sygnału docierającego do portu B, • stan 2: Sygnał w.cz. jest prowadzony przez linie L12 i L13 - wówczas do portów A i B trafiają sygnały synfazowe, • stan 3: Sygnał w.cz. jest prowadzony przez linie L11 i L13 - wówczas do portów A i B trafiają sygnały w przeciwfazie, • stan 4: Sygnał w.cz. jest prowadzony przez linie L12 i L14 - wówczas do portu B trafia sygnał opóźniony o 90 stopni względem sygnału docierającego do portu A.

Fig. 2 przedstawia promiennik - antenę łatkową pobudzaną w dwóch punktach: A i B. Pobudzenie anteny w punkcie A odpowiada polaryzacji liniowej, nachylonej pod kątem 45 stopni w stosunku do poziomu. Pobudzenie anteny w punkcie B odpowiada polaryzacji liniowej, nachylonej pod kątem 135 stopni w stosunku do poziomu. Dzięki temu po podłączeniu do anteny sieci zasilającej, której schemat ideowy został uwidoczniony na Fig. 1:

• stan 1 odpowiada polaryzacji kołowej prawoskrętnej, • stan 2 odpowiada polaryzacji liniowej poziomej, • stan 3 odpowiada polaryzacji liniowej pionowej, • stan 4 odpowiada polaryzacji kołowej lewoskrętnej.

Fig. 3 przedstawia projekt płytki drukowanej z siecią zasilającą na częstotliwość środkową 2,45 GHz, z zastosowaniem przełączników mikrofalowych HMC545E, na laminacie FR4 o wysokości 1,5 mm. W linie doprowadzające sygnał w.cz. do przełączników włączono kondensatory o pojemności 100 nF w obudowach 603. Sygnały sterujące odseparowano rezystorami 33 k Ω. Realizacja projektu w technice mikropaskowej umożliwia automatyzację wykonania i zapewnia niewielkie wymiary anteny z siecią zasilającą. Przy zastosowaniu dwóch płytek umieszczonych jedna nad drugą bądź trójwarstwowego laminatu mikrofalowego można wykonać antenę i sieć zasilającą po przeciwnych stronach płytki, połączone jedynie przez otwór we wspólnej płaszczyźnie masy.

Sieć zasilająca korzystnie współpracuje z promiennikiem w postaci kwadratowej łaty 21 o wymiarach 28,5x28,5 mm, wykonanej na podłożu 22 (laminacie FR4 o wysokości 1 mm), podłączonej w punktach pobudzenia A i B znajdujących się w odległości 6 mm od brzegów łaty.

Korzystnie dzielnik D1 uwidoczniony na Fig. 1 stanowi dzielnik Wilkinsona zapewniających separację torów prowadzących sygnał do punktów A i B.

Korzystnie linie L11 i L14 stanowią zagięte linie sprzężone tworzące przesuwniki Schiffmana, zapewniające stałe przesunięcie fazy w szerokim paśmie częstotliwości.

Dla specjalisty z tej dziedziny jest jasnym, że wynalazek można urzeczywistnić na wiele innych sposobów, stosując inne (znane z literatury) kształty anteny łatkowej niż uwidoczniony na Fig. 1, inne sposoby pobudzenia niż punktowe (również dostępne w literaturze i znane specjalistom z dziedziny), bądź inne rozwiązania dzielnika mocy, np. dzielnik Gysela.

Claims (4)

1. Antena wyposażona w promiennik z dwoma portami wejściowymi oraz trójportową sieć zasilającą, w której promiennik stanowi antena łatkowa pobudzana w dwóch punktach odpowiadających dwóm ortogonalnym polaryzacjom, oraz ma dzielniki sygnału i przełączane przez sygnały sterujące przesuwniki fazy o zmianach faz mogące być 0, 90, 180 i 270 stopni, zaś sieć zasilająca jest wykonana w technice mikropaskowej, znamienna tym, że z dzielnika sygnału (D1) doprowadzany jest sygnał do dwóch przełączanych, dwustanowych przesuwników fazy (PS-A) i (PS-B) przystosowanych do doprowadzania do punktów pobudzenia (A)

PL 226 960 B1 i (B) sygnałów w.cz., których fazy różnią się o 0, 90, 180 albo 270 stopni, w zależności od wybranego zestawu sygnałów sterujących przy czym przesuwniki fazy (PS-A), (PS-B) stanowią przesuwniki Schiffmana.

2. Antena według zastrz. 1, znamienna tym, że przesuwniki fazy stanowią przełączane linie o różnych długościach.

3. Antena według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zestawy sygnałów sterujących dla przesuwników fazy są doprowadzane z mikroprocesora.

4. Antena według dowolnego z zastrz. 1-3, znamienna tym, że dzielnik sygnału stanowi dzielnik Wilkinsona.