RU2368042C2

RU2368042C2 - Subscriber antenna

Info

Publication number: RU2368042C2
Application number: RU2007106322/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Алексеевич Велегура (RU); Владимир Алексеевич Велегура; Вера Феофановна Велегура (RU); Вера Феофановна Велегура; Елена Владимировна Велегура (RU); Елена Владимировна Велегура
Original assignee: Новочеркасское Высшее Военное Командное Училище Связи (Институт Связи)
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2009-09-20

Abstract

FIELD: physics, communication.

SUBSTANCE: suggested invention is related to antenna engineering and may be used as antenna for users of digital on-air television networks MMDS or wireless Internet networks Wi-Fi, which operate in ranges of 2.5-2.7 GHz and 2.4-2.5 GHZ accordingly. Subscriber antenna represents antenna array, radiating elements of which are modules based on square frames with perimeter equal to average length of working range wave, joined to each other by means of short-circuited loops. Radiating modules are installed on front side of radio transparent base, being connected through balancing device to power supply circuit arranged by method of printed technology on one of sides of foiled glass-cloth laminate. Glass-cloth laminate is fixed on back surface of base so that its metallised side serves as reflecting screen. To protect radiators against meteorological precipitation, they may be closed by radio transparent film or special coat.

EFFECT: development of phased antenna array with higher amplification ratio, low size and optimised supply system, due to simplification of design and better radiating capacity of a separate frame radiator.

1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в качестве антенн пользователей сетей цифрового эфирного телевидения MMDS или сетей беспроводного Интернета Wi-Fi, работающих в диапазонах 2,5-2,7 ГГц и 2,4-2,5 ГГц соответственно.The present invention relates to antenna technology and can be used as antennas for users of digital terrestrial television networks MMDS or Wi-Fi wireless Internet networks operating in the ranges of 2.5-2.7 GHz and 2.4-2.5 GHz, respectively.

Опыт эксплуатации сетей MMDS и Wi-Fi показывает, что качество их работы в значительной степени зависит от коэффициента усиления абонентских антенн пользователей. Направленные антенны позволяют не только увеличить энергетику радиолинии, но и повысить устойчивость ее работы за счет ослабления интерференционных замираний, вызванных многолучевостью, особенно сильно проявляющейся в городских условиях.The operating experience of MMDS and Wi-Fi networks shows that the quality of their work largely depends on the gain of user antennas. Directional antennas can not only increase the energy of the radio line, but also increase the stability of its work due to the weakening of the interference fading caused by multipath, which is especially pronounced in urban conditions.

В настоящее время в качестве абонентских антенн (www.parabola.ru) используют решетчатые экраны в форме вырезок из параболического зеркала, оснащенные специальными облучателями. Недостатком таких антенн является сильная зависимость коэффициента усиления от размеров зеркала и точности его изготовления.Currently, as subscriber antennas (www.parabola.ru) use lattice screens in the form of clippings from a parabolic mirror, equipped with special irradiators. The disadvantage of such antennas is the strong dependence of the gain on the size of the mirror and the accuracy of its manufacture.

Известна антенна (www.bester-ltd.ru) в виде плоской антенной решетки, излучателями которой являются прямоугольные секции, выполненные методом печатной технологии на поверхности стеклотекстолита. Для обеспечения однонаправленного приема излучатели установлены над плоским металлическим экраном. К недостатку данной антенны следует отнести большие размеры одиночного излучателя, ограничивающие при приемлемых размерах антенной решетки их число, а следовательно и коэффициент усиления антенны в целом. Кроме того, размещение на одной стороне излучателей и системы питания, что технологически более приемлемо, приводит к более сильному взаимному влиянию элементов друг на друга, снижающему, в конечной степени, к.п.д. антенны.A known antenna (www.bester-ltd.ru) in the form of a flat antenna array, the emitters of which are rectangular sections made by printing technology on the surface of fiberglass. To ensure unidirectional reception, the emitters are mounted above a flat metal screen. The disadvantage of this antenna is the large dimensions of a single emitter, limiting their number at acceptable sizes of the antenna array, and therefore the antenna gain as a whole. In addition, the placement on one side of the emitters and the power system, which is technologically more acceptable, leads to a stronger mutual influence of the elements on each other, reducing, to a finite degree, the efficiency antennas.

Значительно меньшими размерами в указанных диапазонах обладает излучатель, выполненный в виде двух прямоугольных рамок, расположенных в одной плоскости (В.П.Кисмерешкин. Телевизионные антенны для индивидуального приема. - М.: Радио и связь, 1982, рис.10, стр.18). Периметр каждой рамки равен средней длине волны. На основе таких рамок, сохраняя размеры антенны, можно построить антенную решетку с большим количеством излучателей, а следовательно, и большим коэффициентом усиления. Однако с ростом числа излучателей, подключаемых параллельно к системе питания, усложняется ее структура, а соответственно технология изготовления и настройка.Significantly smaller sizes in the indicated ranges are possessed by an emitter made in the form of two rectangular frames located in the same plane (V.P. Kismereshkin. Television antennas for individual reception. - M.: Radio and communications, 1982, Fig. 10, p. 18 ) The perimeter of each frame is equal to the average wavelength. Based on such frames, preserving the dimensions of the antenna, it is possible to build an antenna array with a large number of emitters, and hence a large gain. However, with the increase in the number of emitters connected in parallel to the power system, its structure becomes more complicated, and, accordingly, the manufacturing technology and tuning.

В качестве прототипа рассмотрим антенное устройство [Свидетельство на полезную модель №8166 от 29.09.97 г.], состоящее из двух, расположенных в одной плоскости рамок, с периметром, равным средней длине волны основного диапазона, и соединенных между собой посредством короткозамкнутых шлейф-вибраторов, длина которых равна четверти средней длины волны дополнительного диапазона. Питание антенны осуществляется в точке нулевого потенциала одной из рамок.As a prototype, consider an antenna device [Certificate for Utility Model No. 8166 of 09/29/97], consisting of two frames located in the same plane with a perimeter equal to the average wavelength of the main range and interconnected by means of short-circuited loop vibrators whose length is equal to a quarter of the average wavelength of the additional range. The antenna is powered at the point of zero potential of one of the frames.

Недостатком данной антенны являются невысокая излучающая способность, большие размеры шлейф-вибраторов, рассчитанные на работу в низкочастотной части диапазона и перекрестное их включение, что усложняет технологию изготовления и увеличивает размеры антенны, не позволяющие использовать ее в качестве излучателя антенной решетки.The disadvantage of this antenna is its low emissivity, the large size of the loop vibrators, designed to work in the low-frequency part of the range and cross-turn them on, which complicates the manufacturing technology and increases the size of the antenna, which does not allow using it as a radiator of the antenna array.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание фазированной антенной решетки с повышенным коэффициентом усиления, малыми размерами и оптимизированной системой питания за счет упрощения конструкции и повышения излучающей способности отдельного рамочного излучателя.The technical problem to which the invention is directed is the creation of a phased antenna array with increased gain, small size and optimized power system by simplifying the design and increasing the emissivity of a separate frame emitter.

Поставленная задача решается с помощью предложенной конструкции антенны. Абонентская антенна состоит из излучателя в виде двух рамок, расположенных в одной плоскости, с периметром, равным средней длине волны основного диапазона, соединенных между собой посредством короткозамкнутых шлейф-вибраторов и питаемых в точках нулевого потенциала одной из рамок. Длина короткозамкнутых шлейфов находится в пределах 0,2-0,25 средней длины волны. В точки нулевого потенциала второй рамки через подобные шлейфы подключены последовательно один и более аналогичных излучателей, образующих излучающие модули антенной решетки, расположенные на лицевой поверхности радиопрозрачного основания. Посредством симметрирующих устройств излучающие модули подключены к схеме питания, оснащенной высокочастотным разъемом и выполненной методом печатной технологии на одной стороне фольгированного стеклотекстолита, закрепленного на обратной поверхности основания таким образом, что вторая металлизированная сторона стеклотекстолита служит отражающим экраном антенны.The problem is solved using the proposed antenna design. A subscriber antenna consists of an emitter in the form of two frames located in the same plane, with a perimeter equal to the average wavelength of the main range, interconnected by means of short-circuited loop-vibrators and powered at points of zero potential of one of the frames. The length of short-circuited loops is in the range of 0.2-0.25 average wavelength. At the points of zero potential of the second frame, through such loops, one or more similar emitters are connected in series, forming the radiating modules of the antenna array located on the front surface of the radiotransparent base. By means of balancing devices, the emitting modules are connected to a power circuit equipped with a high-frequency connector and made using the printing technology on one side of the foil fiberglass, mounted on the back surface of the base so that the second metallized side of the fiberglass serves as a reflective screen of the antenna.

В предложенной антенне распределенная схема питания возбуждает в каждом излучателе токи равной амплитуды и фазы, формируя тем самым синфазное излучение линейной поляризации в направлении нормали к раскрыву антенной решетки. Ширина диаграммы направленности в горизонтальной плоскости зависит от числа рамочных элементов в излучающем модуле, размещенных на одном этаже решетки, а в вертикальной плоскости от числа этажей. Достоинством предложенной конструкции является независимость входного сопротивления излучающего модуля от числа рамочных элементов в нем. Независимо от количества рамочных элементов в излучающем модуле его эквивалентная схема соответствует короткозамкнутой линии, пропорциональной четверти длины волны, имеющей большое входное сопротивление.In the proposed antenna, a distributed power supply circuit excites currents of equal amplitude and phase in each radiator, thereby forming in-phase linear polarization radiation in the direction normal to the opening of the antenna array. The width of the radiation pattern in the horizontal plane depends on the number of frame elements in the radiating module located on one floor of the grating, and in the vertical plane on the number of floors. The advantage of the proposed design is the independence of the input resistance of the radiating module from the number of frame elements in it. Regardless of the number of frame elements in the radiating module, its equivalent circuit corresponds to a short-circuited line proportional to a quarter wavelength having a large input impedance.

На чертеже показаны отдельные элементы и общий вид антенны, где:The drawing shows the individual elements and the general view of the antenna, where:

1 - излучатель из двух рамок;1 - emitter of two frames;

2 - излучающие модули;2 - emitting modules;

3 - радиопрозрачное основание;3 - radiolucent base;

4 - симметрирующие устройства;4 - balancing devices;

5 - схема питания;5 is a power circuit;

6 - высокочастотный разъем;6 - high-frequency connector;

7 - фольгированный стеклотекстолит.7 - foil fiberglass.

Абонентская антенна состоит из излучателя 1 в виде двух расположенных в одной плоскости рамок с периметром, равным средней длине волны λ_ср рабочего диапазона, соединенные между собой короткозамкнутыми шлейфами и питаемых в точке нулевого потенциала одной из рамок. К данному излучателю в точке нулевого потенциала второй рамки через подобные шлейфы последовательно подключены один или несколько аналогичных излучателей, образующих излучающие модули 2 антенной решетки.The subscriber antenna consists of a radiator 1 in the form of two frames located in the same plane with a perimeter equal to the average wavelength λ _{cf of the} operating range, interconnected by short-circuited loops and fed to the point of zero potential of one of the frames. To this emitter at the point of zero potential of the second frame through such loops one or more similar emitters are connected in series, forming the radiating modules 2 of the antenna array.

Попарно соединенные излучающие модули 2 располагаются на лицевой поверхности основания 3 и с помощью симметрирующих устройств 4 подключаются к схеме питания 5. Схема питания антенной решетки 5, оснащенная высокочастотным разъемом 6, выполнена методом печатной технологии на одной стороне фольгированного стеклотекстолита 7. Фольгированный стеклотекстолит закреплен на обратной поверхности основания таким образом, что его противоположная металлизированная сторона выполняет роль отражающего экрана антенны. Лицевая сторона антенны может быть защищена от метеоосадков радиопрозрачной пленкой.The pairwise coupled emitting modules 2 are located on the front surface of the base 3 and are connected to the power supply circuit 5 using balancing devices 4. The power supply circuit of the antenna array 5, equipped with a high-frequency connector 6, is made by printing technology on one side of the foil fiberglass 7. The foil fiberglass is mounted on the back the surface of the base so that its opposite metallized side acts as a reflective screen of the antenna. The front side of the antenna can be protected from weather by a radio-transparent film.

Элементы антенны могут быть выполнены из металлических проводников или провода круглого сечения. В качестве основания может быть использован пенопласт повышенной плотности или фольгированный пластик, на поверхности которого методом печатной технологии нанесены излучающие модули фазированной решетки. Лицевая сторона антенны защищена от метеоосадков радиопрозрачной пленкой. Достоинством предлагаемой конструкции антенны является возможность наращивания числа рамочных элементов в излучающем модуле, сохраняя первоначальную структуру схемы питания.Antenna elements can be made of metal conductors or round wire. As the base, a foam of increased density or foil plastic can be used, on the surface of which emitting phased array modules are applied by printing technology. The front side of the antenna is protected from weather by a radio-transparent film. The advantage of the proposed antenna design is the ability to increase the number of frame elements in the radiating module, while maintaining the original structure of the power circuit.

Claims

A subscriber antenna consisting of a radiator in the form of two frames located in the same plane, with a perimeter equal to the average wavelength of the main range, interconnected by means of short-circuited loop-vibrators and powered at points of zero potential of one of the frames, characterized in that the length of the short-circuited of loops is in the range of 0.2 ÷ 0.25 of the average wavelength, and one or more similar radiators are connected in series through similar loops to the points of zero potential of the second frame, forming antenna array, which are located on the front surface of the radiolucent base and are connected by means of balancing devices to a power supply circuit equipped with a high-frequency connector and made using the printing technology on one side of the foil fiberglass, mounted on the back surface of the base so that the second metallized side of the fiberglass serves as a reflective screen antennas.