RU2483402C2 - НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ШЕСТИКОНТУРНАЯ КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ЩЕЛЕВАЯ Omni АНТЕННА ДЛЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ - Google Patents

НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ШЕСТИКОНТУРНАЯ КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ЩЕЛЕВАЯ Omni АНТЕННА ДЛЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ Download PDF

Info

Publication number
RU2483402C2
RU2483402C2 RU2011125484/07A RU2011125484A RU2483402C2 RU 2483402 C2 RU2483402 C2 RU 2483402C2 RU 2011125484/07 A RU2011125484/07 A RU 2011125484/07A RU 2011125484 A RU2011125484 A RU 2011125484A RU 2483402 C2 RU2483402 C2 RU 2483402C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
antenna
base
screen
conductive
metal
Prior art date
Application number
RU2011125484/07A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011125484A (ru
Inventor
Виктор Николаевич Белов
Владимир Николаевич Богатырев
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "АЭРО-КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Закрытое акционерное общество "АЭРО-КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ" filed Critical Закрытое акционерное общество "АЭРО-КОСМИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ"
Priority to RU2011125484/07A priority Critical patent/RU2483402C2/ru
Publication of RU2011125484A publication Critical patent/RU2011125484A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2483402C2 publication Critical patent/RU2483402C2/ru

Links

Landscapes

  • Waveguide Aerials (AREA)

Abstract

Изобретение относится к антенной технике, предназначенной для использования в качестве антенны транспортного средства железнодорожного транспорта, и может быть использовано для передачи или приема в системе радиотелефонной сотовой связи, в частности системах, использующих стандарт DECT. Технический результат - упрощение конструкции при одновременном повышении качества связи. Антенна для СВЧ-диапазона частот, имеющая косекансную форму диаграммы направленности в вертикальной плоскости, содержит металлическое плоское основание. В центре основания размещена приборная розетка радиочастотного соединителя, причем центральный проводник тыльной части соединителя представляет собой элементарный излучатель, настроенный на среднюю частоту рабочего диапазона. Центральный проводник соединен с дополнительно введенным токопроводящим плоским экраном круглой формы, находящимся над основанием антенны. Экран соединен с основанием антенны симметрично размещенными шестью металлическими короткозамыкателями. 5 з.п. ф-лы.

Description

Изобретение относится к антенной технике, предназначенной для использования в качестве антенны транспортного средства, преимущественно железнодорожного транспорта, и может быть использовано в системах радиосвязи между подвижными объектами, в частности для передачи или приема в системе радиотелефонной сотовой связи, в частности системах, использующих стандарт DECT.
Системы подвижной радиосвязи на базе стандарта DECT относятся к классу систем беспроводного доступа. Среди приложений DECT-системы для дома и малого офиса, микросотовые корпоративные системы, системы абонентского радиодоступа (WLL), системы доступа к сети GSM, микросотовые системы общего пользования (СТМ), системы доступа к локальной сети, предоставляющие голосовую телефонию, факс, модем, электронную почту, Internet, X.25 и многие другие услуги. Преимущества систем, работающих по стандарту DECT, позволили установить их на транспортные средства, в частности на объекты железнодорожного транспорта.
Известна антенна (SU, авторское свидетельство 1467628), содержащая металлический диск, расположенный над металлическим экраном, металлический цилиндрический короткозамыкатель, соединяющий центр металлического диска с металлическим экраном, штыревой возбуждающий зонд, первый конец которого подключен к металлическому диску, пассивный согласующий элемент, расположенный между металлическим диском и металлическим экраном, питающий фидер, внутренний проводник которого подключен ко второму концу штыревого возбуждающего зонда, а внешний к металлическому экрану.
Недостатком известной антенны можно признать ее непригодность для использования в системе связи по стандарту DECT. Кроме того, известная антенна обладает следующими недостатками: низким коэффициентом усиления из-за уменьшения габаритов антенны за счет введения пассивного согласующего элемента, а также низкой эксплуатационной надежностью из-за малой механической прочности ее конструкции.
Известна также антенна (US, патент 4635068), содержащая металлический экран, диск из проводящего материала, установленный параллельно металлическому экрану, центральный электропроводный штырь, расположенный между диском и экраном, коаксиальную линию передачи, содержащую внутренний проводник, соединенный одним концом с центральным электропроводным штырем и окруженный диэлектриком, и внешний проводник, имеющий фланец с резьбой, который соединен с металлическим экраном, и настроечные элементы, выполненные в виде периферийных электропроводных штырей, соединяющих диск с экраном.
Недостатком известной антенны можно признать ее непригодность для использования в системе связи по стандарту DECT. Кроме того, недостатками антенны можно признать сложность согласующего устройства антенны, а также низкая эксплуатационная надежность из-за низкой механической прочности антенны в наиболее критической зоне (края антенны).
Известна также (ЕР, патент 117017) антенна, содержащая металлический экран и диск из проводящего материала, установленные параллельно друг другу и разделенные диэлектриком, коаксиальную линию передачи, внутренний проводник которой соединен с центром диска, а внешний проводник снабжен фланцем, посредством которого соединен с металлическим экраном, настроечные элементы в виде электропроводных штырей, соединяющих диск и металлический экран, обтекатель из радиопрозрачного материала, установленный на металлический экран, закрывающий диск и настроечные элементы, и крепление, обеспечивающее электрический контакт металлического экрана с установочной поверхностью объекта.
Недостатком известной антенны можно признать ее непригодность для использования в системе связи по стандарту DECT. Кроме того, известная антенна обладает следующими недостатками: сложность согласования из-за неопределенности размеров электропроводных штырей, а также неопределенности их расположения в раскрыве антенны, что в свою очередь ведет к асимметрии диаграммы направленности антенны и снижению коэффициента усиления.
Известен (RU, патент 2406226) антенный модуль системы контроля безопасности и связи пассажирского поезда, содержащий металлическое основание, на котором размещены две базовые станции DECT, закрытые экранизирующими кожухами, на основании дополнительно закреплены два ТЭНа, каждый из которых установлен с возможностью обогрева одной из базовых станций DECT при наружных температурах ниже -20°C, и кронштейн, на котором закреплены две кросс-поляризованные антенны, каждая из которых подключена к одной из базовых станций DECT, внутри антенного модуля размещен термодатчик, причем базовые станции DECT и термодатчик выполнены с возможностью подключения к центральной управляющей системе контроля безопасности и связи пассажирского поезда, а ТЭНы выполнены с возможностью подключения к источнику питания, который находится в центральной управляющей системе, при этом весь антенный модуль закрыт радиопрозрачным колпаком.
Недостатком известного антенного модуля следует признать сложность конструкции, а также значительные размеры.
Техническая задача, решаемая посредством разработанной конструкции, состоит в расширении ассортимента антенн СВЧ-диапазона частот, пригодных для использования на транспортном средстве.
Технический результат, получаемый при реализации разработанной конструкции антенны, состоит в упрощении конструкции при одновременном повышении надежности радиосвязи между абонентами, по меньшей мере, один из которых находится в движущемся транспортном средстве.
Для достижения указанного технического результата предложено использовать низкопрофильную шестиконтурную короткозамкнутую щелевую Omni антенну для СВЧ-диапазона частот разработанной конструкции. Низкопрофильная шестиконтурная короткозамкнутая щелевая Omni антенна для СВЧ-диапазона частот, имеющая косекансную форму диаграммы направленности в вертикальной плоскости содержит металлическое плоское основание, в центре которого размещена приборная розетка радиочастотного соединителя, причем центральный проводник тыльной части соединителя представляет собой элементарный излучатель, настроенный на среднюю частоту рабочего диапазона, указанный центральный проводник соединен с дополнительно введенным токопроводящим плоским экраном, находящимся над основанием антенны на высоте, определяемой выбранным рабочим диапазоном частот и требуемыми формой и шириной диаграммы направленности в вертикальной плоскости, при этом токопроводящий плоский экран соединен с основанием антенны симметрично размещенными относительно геометрического центра антенны с угловым интервалом 60° шестью металлическими короткозамыкателями, удаление от центра антенны точек размещения которых задано минимальной неравномерностью диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости и выбранным рабочим диапазоном частот. В некоторых вариантах реализации разработанной конструкции для осуществления дуального преобразования электрического тока СВЧ в электромагнитное поле предназначена формируемая шестиконтурная щель между металлическим основанием и плоским токопроводящим экраном антенны. Для диапазонов частот стандартов связи GSM 900/1800/2100, DECT, Wi-Fi и WiMAX ее высота предпочтительно не превышает 25 мм. В некоторых вариантах реализации токопроводящий экран выполнен круглой формы, обеспечивающий минимальную неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Кроме того, токопроводящий экран может быть выполнен произвольной симметричной формы, обеспечивающий заданную неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости. Предпочтительно токопроводящий экран выполнен в форме правильного многогранника с числом сторон не менее шести.
Металлическое основание антенны предпочтительно выполнено из алюминиевого сплава марки Д16 толщиной не менее 4 мм. В качестве материала центрального проводника антенны, являющегося ее излучателем, используется латунный центральный проводник устанавливаемого высокочастотного разъема. Экран антенны выполняется из луженой оловом жести марки ЭЖК-022. Короткозамыкатели антенны выполняются из медных или латунных стержней диаметром 1-2 мм.
Антенна разработанной конструкции работает следующим образом.
Электромагнитное поле, проходящее от источника СВЧ излучения, одновременно воздействует на все шесть короткозамыкателей. В общей точке электрического объединения указанных короткозамыкателей, подключенной к центральному проводнику разъема, наведенные электрические высокочастотные колебания суммируются. Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости формируется в виде косеконсной диаграммы направленности - узконаправленного луча с углом отклонения от плоскости основания антенны на угол от 15 до 35°.
Функционирование низкопрофильной антенны.
Антенна является дуальным преобразователем электрического тока сверхвысокочастотного (СВЧ) диапазона, протекающего по элементам антенны в электромагнитное поле (ЭМП), формируемом в щелевом пространстве между основанием антенны и токопроводящим экраном, размещенным над основанием антенны - при работе на передачу, и, наоборот, ЭМП, приходящего из пространства вокруг антенны, в ток СВЧ, протекающий по элементарному излучателю и проводящим элементам соединителя.
Функционирование антенны на передачу.
Сформированный передающим устройством электрический ток СВЧ вытекает из центральной жилы коаксиального кабеля, протекает по центральному проводнику соединителя, равномерно и симметрично растекается по токопроводящему экрану антенны, далее стекает по металлическим короткозамыкателям на основании антенны.
Пройдя по металлическому телу основания антенны, суммарный обратный ток втекает в металлический корпус соединителя и по внешней оплетки подключенного коаксиального кабеля возвращается в передающее устройство.
В процессе протекания тока по элементарному излучателю он преобразуется в ЭМП в соответствии с уравнениями Максвелла.
Так как элементарный излучатель соединен с токопроводящим экраном антенны, то на процесс преобразования тока СВЧ в ЭМП однозначно влияет (участвует) сформированная круговая щель между экраном и металлическим основанием антенны.
Высота размещения токопроводящего экрана и удаленность мест размещения 6-ти короткозамыкателей, с помощью которых размещается в антенне экран, рассчитывают пакетом программного обеспечения MicrowaveStudio.
Задаваемыми параметрами при расчете геометрических характеристик антенны являются:
- центральная частота рабочего диапазона частот;
- ширина рабочего диапазона частот;
- неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости;
- форма и ширина диаграммы направленности в вертикальной плоскости;
- угол отклонения от плоскости металлического основания антенны максимума диаграммы направленности в вертикальной плоскости;
- коэффициент усиления антенны по отношению к изотропному излучателю.
В результате расчета получаются геометрические размеры:
- форма и размеры токопроводящего экрана антенны;
- количество и точки размещения, включая удаленность их от центра антенны, короткозамыкателей;
- высота размещения токопроводящего экрана над металлическим основанием антенны.
Функционирование антенны на прием.
Приходящее ЭМП из пространства за пределами антенны воздействует на сформированную токопроводящим экраном и металлическим основанием антенны, а также элементарным излучателем (приемником), наводит в последнем токи СВЧ.
Цепь протекания тока СВЧ аналогична протеканию тока при передаче, за исключением его направления. Втекающий приемный ток СВЧ протекает по центральной жиле соединителя и далее по центральной жиле коаксиального кабеля на вход радиоприемного устройства.
Расчет геометрических размеров конструкционных элементов антенны для работы в конкретном диапазоне частот аналогичен указанному расчету на передачу.
Для настройки волнового сопротивления антенны на номинал, равный 50 Ом, используются согласующие элементы в виде дополнительных штырей, размещаемых на ее металлическом основании.
Диаграмма направленности антенны в вертикальной плоскости формируется в виде косекансной диаграммы направленности узконаправленного луча с углом отклонения от плоскости основания антенны таким образом, что уровень сигнала при приеме или при передаче будет одинаковым для ближней и дальней зоны.
Для обеспечения защиты элементов конструкции антенны от внешнего воздействия пыли, влаги и атмосферных осадков, а также поднимаемыми в воздух, вследствие возникающих турбулентных завихрений при движении ЖД вагонов камней, угольной пыли она имеет радиопрозрачный купол на основе поликарбонатного пластика или АВС с высокими механическими характеристиками и низкими потерями для ЭМВ диапазона DECT.
Данная антенна может быть настроена на стандартные диапазоны GSM 900/1800/2100 и диапазоны стандартов WiFi (2,4 ГГц) и WiMAX 2,5-5,7 (ГГц) или иметь специализированные параметры в частотном диапазоне СВЧ.

Claims (6)

1. Низкопрофильная шестиконтурная короткозамкнутая щелевая антенна для СВЧ-диапазона частот, имеющая косекансную форму диаграммы направленности в вертикальной плоскости, характеризуемая тем, что она содержит металлическое плоское основание, в центре которого размещена приборная розетка радиочастотного соединителя, причем центральный проводник тыльной части соединителя представляет собой элементарный излучатель, настроенный на среднюю частоту рабочего диапазона, указанный центральный проводник соединен с дополнительно введенным токопроводящим плоским экраном круглой формы, находящимся над основанием антенны на высоте, определяемой выбранным рабочим диапазоном частот и требуемыми формой и шириной диаграммы направленности в вертикальной плоскости, при этом токопроводящий плоский экран соединен с основанием антенны симметрично размещенными относительно геометрического центра антенны с угловым интервалом 60° шестью металлическими короткозамыкателями, удаление от центра антенны точек размещения которых задано минимальной неравномерностью диаграммы направленности антенны в горизонтальной плоскости и выбранным рабочим диапазоном частот.
2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что шестиконтурная щель между металлическим основанием и плоским токопроводящим экраном антенны выполнена с возможностью осуществления дуального преобразования электрического тока СВЧ в электромагнитное поле.
3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что ее высота не превышает 25 мм для диапазонов частот стандартов связи GSM 900/1800/2100, DECT, Wi-Fi и WiMAX.
4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий экран выполнен круглой формы, обеспечивающей минимальную неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.
5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что токопроводящий экран выполнен произвольной симметричной формы, обеспечивающей заданную неравномерность диаграммы направленности в горизонтальной плоскости.
6. Антенна по п.5, отличающаяся тем, что токопроводящий экран выполнен в форме правильного многогранника с числом сторон не менее шести.
RU2011125484/07A 2011-06-22 2011-06-22 НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ШЕСТИКОНТУРНАЯ КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ЩЕЛЕВАЯ Omni АНТЕННА ДЛЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ RU2483402C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125484/07A RU2483402C2 (ru) 2011-06-22 2011-06-22 НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ШЕСТИКОНТУРНАЯ КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ЩЕЛЕВАЯ Omni АНТЕННА ДЛЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125484/07A RU2483402C2 (ru) 2011-06-22 2011-06-22 НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ШЕСТИКОНТУРНАЯ КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ЩЕЛЕВАЯ Omni АНТЕННА ДЛЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011125484A RU2011125484A (ru) 2012-12-27
RU2483402C2 true RU2483402C2 (ru) 2013-05-27

Family

ID=48792155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011125484/07A RU2483402C2 (ru) 2011-06-22 2011-06-22 НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ШЕСТИКОНТУРНАЯ КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ЩЕЛЕВАЯ Omni АНТЕННА ДЛЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2483402C2 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999036992A2 (en) * 1998-01-14 1999-07-22 Raytheon Company Array antenna having multiple independently steered beams
RU2256263C1 (ru) * 2004-01-05 2005-07-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова" Антенная система
RU88854U1 (ru) * 2009-08-10 2009-11-20 Закрытое акционерное общество "Радиоантенны и электронная техника" (ЗАО "РАННЭТ") Щелевая антенная решетка
RU2400881C1 (ru) * 2009-11-11 2010-09-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Планарная антенна
RU2401492C1 (ru) * 2009-09-08 2010-10-10 Николай Иванович Войтович Широкополосная турникетная щелевая антенна

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999036992A2 (en) * 1998-01-14 1999-07-22 Raytheon Company Array antenna having multiple independently steered beams
RU2256263C1 (ru) * 2004-01-05 2005-07-10 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт приборостроения им. В.В. Тихомирова" Антенная система
RU88854U1 (ru) * 2009-08-10 2009-11-20 Закрытое акционерное общество "Радиоантенны и электронная техника" (ЗАО "РАННЭТ") Щелевая антенная решетка
RU2401492C1 (ru) * 2009-09-08 2010-10-10 Николай Иванович Войтович Широкополосная турникетная щелевая антенна
RU2400881C1 (ru) * 2009-11-11 2010-09-27 Закрытое акционерное общество "Научно-производственная фирма "Микран" Планарная антенна

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011125484A (ru) 2012-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10553934B2 (en) Antenna system and method
EP3739687B1 (en) Antenna radiation element and antenna
US8884833B2 (en) Broadband monopole antenna with dual radiating structures
EP3048668B1 (en) Omni-directional ceiling antenna
CN109088150B (zh) 一种双频天线、无线局域网设备及双频天线的制造方法
CN101636875B (zh) 多频带单极天线
Goncharova et al. A high-efficient 3-D Nefer-antenna for LTE communication on a car
EP2490295B1 (en) Antenna
US11217882B2 (en) Antenna and wireless device
Diez et al. A highly efficient Car2Car-multiband rooftop automotive antenna
WO2015165007A1 (zh) 一种天线装置和终端
KR101448053B1 (ko) 3차원 나선형 안테나 및 이의 응용들
US10186782B2 (en) Antenna and wireless communication apparatus
RU2483402C2 (ru) НИЗКОПРОФИЛЬНАЯ ШЕСТИКОНТУРНАЯ КОРОТКОЗАМКНУТАЯ ЩЕЛЕВАЯ Omni АНТЕННА ДЛЯ СВЧ-ДИАПАЗОНА ЧАСТОТ
KR200441931Y1 (ko) 슬롯형 다중대역 옴니안테나
US9831554B2 (en) Antenna apparatus
JP2011066865A (ja) 平面型アンテナ
JP2010226550A (ja) アンテナ装置
CN210628484U (zh) 一种超宽带偶极子天线
JP2006041634A (ja) 進行波型アンテナ
CN210984965U (zh) 一种5g单极子天线
CN215266661U (zh) 一种超宽带水平极化全向天线
CN220492218U (zh) 一种wifi6e偶极天线
KR100798495B1 (ko) 안테나
JP4935256B2 (ja) アンテナ装置

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130623

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20140420

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150623