RU2681276C1

RU2681276C1 - Panel antenna

Info

Publication number: RU2681276C1
Application number: RU2017144742A
Authority: RU
Inventors: Николай Васильевич Калитёнков; Владимир Иванович Милкин; Александр Дмитриевич Низяев; Сергей Павлович Шалабин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие оборудования систем телекоммуникаций"
Priority date: 2017-12-19
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-03-05

Abstract

FIELD: antenna equipment.SUBSTANCE: invention relates to the antenna equipment and can be used in wireless communication networks, in equipment sets of the following standards: 2G (GSM1800), 3G (UMTS 2100), 4G (WIMAX,LTE), WI-FI (IEEE 802.11b, g) and in other stationary and mobile systems in the range of 1,700–2,800 MHz as the directional broadband antenna. Panel antenna contains the parallel to the reflector shaped emitters system, each of which is connected to the line, adders, a connector for the transceiver equipment connection and the radio transparent cover. Technical result is achieved by using in the phased array of the wide-band emitters in the form of band-shaped dipoles with quarter-wave triangular-shaped arms, grouped by two floor pairs and two vertical groups of floor pairs, where in pairs, on the emitters adjacent arms, antiphase power is supplied with the electrical circuit original implementation and the design with the classical elements non-standard use.EFFECT: development of the reliable in operation broadband panel antenna on the basis of simplified components, characterized by the easier manufacturing technology with increased mechanical strength and electrical characteristics, meeting the requirements for operation in the wireless communication networks.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к антенной технике и может быть использовано в сетях беспроводной связи, в комплектах оборудования стандартов: 2G (GSM1800), 3G (UMTS 2100), 4G (WIMAX,LTE), WI-FI (IEEE 802.11b, g) и в других стационарных и мобильных системах диапазона 1700-2800 МГц в качестве направленной широкополосной антенны.The invention relates to antenna technology and can be used in wireless networks, in sets of equipment standards: 2G (GSM1800), 3G (UMTS 2100), 4G (WIMAX, LTE), WI-FI (IEEE 802.11b, g) and in other stationary and mobile systems of the range 1700-2800 MHz as a directional broadband antenna.

Известна антенна Двухэтажный волновой вибратор с отражателем (Ротхаммель К., Кришке А. Антенны. Том 2: Пер. с нем. - М.: Данвел. 2005. С. 225, рис. 29.23, промышленно изготавливаемая фирмой Kathrein). Плечи ее волновых треугольных диполей, разнесенных на 0,5λ_ср. и синфазно запитанных, крепятся к отражателю на изолирующих стойках.Known antenna Two-story wave vibrator with a reflector (Rothammel K., Krishke A. Antennas. Volume 2: Translated from German - M .: Danvel. 2005. P. 225, Fig. 29.23, manufactured by Kathrein). The shoulders of its wave triangular dipoles, spaced at 0.5λ _cf. and in-phase powered, attached to the reflector on insulating racks.

Недостатками распространенной антенны являются увеличенные вертикальные размеры антенны при применении двух диполей и использование в конструкции изоляторов.The disadvantages of the common antenna are the increased vertical dimensions of the antenna when using two dipoles and the use of insulators in the design.

Известна абонентская универсальная поляризационная зигзагообразная антенна. (Пат. РФ №2452064, опубл. 27.05.2012, бюл. №15). Она содержит фазированную решетку, с расположенными в одной плоскости рядами и этажами излучающих модулей перед отражающим плоским экраном. В ней излучающие модули выполнены в виде разнесенных между собой квадратов и узел перекрестного питания от двух источников, включенных в разрывы общих проводников противоположных рамок.Known subscriber universal polarization zigzag antenna. (Pat. RF №2452064, publ. 05/27/2012, bull. No. 15). It contains a phased array, with rows and floors of radiating modules located in the same plane in front of a reflective flat screen. In it, the emitting modules are made in the form of spaced apart squares and a cross-feed unit from two sources included in the breaks of common conductors of opposite frames.

Недостатками известной антенны являются конструктивная и технологическая трудности изготовления и сложности питания и согласования, обеспечивающие использование универсальности поляризаций, при этом коэффициент усиления при работе с линейной поляризации снижается.The disadvantages of the known antennas are the structural and technological difficulties of manufacturing and the complexity of the power and coordination, ensuring the use of the versatility of polarization, while the gain when working with linear polarization is reduced.

Наиболее близким техническим решением является панельная антенна. (Пат. РФ №2273079 от 27.03.2006, бюл. №9). Она состоит из одного или нескольких излучателей, каждый из которых питается коаксиальным кабелем, сумматора-делителя, разъема для подключения приемопередающей аппаратуры и отражателя. Коаксиальный кабель имеет снятую изоляцию над щелью, а центральная жила его закорочена на оплетку на расстоянии 0,25λ_ср. длины волны в кабеле относительно середины щели, так как излучатель выполнен в виде металлической рамки со щелью и четырьмя шлейфами. Плоскость излучателя параллельна отражателю, а на соседние излучатели подается противофазное питание и одновременно соседние излучатели развернуты между собой на 180 градусов. Антенна содержит радиопрозрачное укрытие.The closest technical solution is a panel antenna. (Pat. RF №2273079 dated 03/27/2006, bull. No. 9). It consists of one or more emitters, each of which is powered by a coaxial cable, an adder-divider, a connector for connecting transceiver equipment and a reflector. The coaxial cable has stripped insulation over the gap, and its central core is shorted to the braid at a distance of 0.25λ _sr. the wavelength in the cable relative to the middle of the slot, since the emitter is made in the form of a metal frame with a slot and four loops. The emitter plane is parallel to the reflector, and antiphase power is supplied to neighboring emitters and at the same time adjacent emitters are rotated 180 degrees between themselves. The antenna contains a translucent shelter.

Недостатками данной антенны-прототипа являются применение конструктивно и технологически сложных в изготовлении, составных фазированной решетки, излучателей. Дополнительно к этому использование коаксиального кабеля вносит затухание сигналов при работе антенны и создает технологические трудности при сборке устройства. Щелевой узел питания увеличивает емкостную составляющую импеданса антенны, что приводит к увеличенному коэффициенту стоячих волн в высокочастотной части рабочего диапазона и уменьшение ширины полосы рабочих частот.The disadvantages of this antenna prototype are the use of structurally and technologically difficult to manufacture, composite phased array, emitters. In addition, the use of a coaxial cable introduces attenuation of the signals during operation of the antenna and creates technological difficulties in the assembly of the device. The slotted power node increases the capacitive component of the antenna impedance, which leads to an increased coefficient of standing waves in the high-frequency part of the operating range and a decrease in the working frequency bandwidth.

Задачей предлагаемого изобретения является создание широкополосной надежной в эксплуатации панельной антенны на базе упрощенных составных элементов, характеризующейся облегченной технологией изготовления при повышенной механической прочности и электрических характеристиках обеспечивающих требования по работе в беспроводных сетях связи.The objective of the invention is the creation of a broadband reliable in operation panel antenna based on simplified components, characterized by lightweight manufacturing technology with increased mechanical strength and electrical characteristics providing the requirements for working in wireless communication networks.

Технический результат изобретения достигается использованием в фазированной решетке широкополосных излучателей в виде диапазонных диполей с четвертьволновыми плечами треугольной формы, сгруппированными двумя этажными парами и двумя вертикальными группами этажных пар, где в парах на смежные плечи излучателей подается противофазное питание при оригинальной реализации электрической схемы и конструкции при не стандартном использовании классических элементов.The technical result of the invention is achieved by using broadband emitters in the phased array in the form of band dipoles with triangular quarter-wave arms, grouped by two floor pairs and two vertical groups of floor pairs, where in phase pairs the opposite-phase power is supplied in pairs with the original implementation of the electrical circuit and design when not standard use of classic elements.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в известной антенне, содержащей систему фигурных излучателей, параллельных отражателю, каждый из которых подключен к линии питания, сумматоров, разъема для подключения приемопередающей аппаратуры и радиопрозрачного укрытия, излучатели выполнены в виде диапазонных диполей. Диполи выполнены с четвертьволновыми плечами треугольной формы, сгруппированными двумя этажными парами и двумя вертикальными группами этажных пар. Разнос между этажами по точкам питания равен 0,25λ_ср., а в этажах, разнос между парами: - равен 0,75λ_ср.. Расширение полосы рабочих частот обеспечивается использованием шунтового включения диапазонных диполей. Дополнительно к этому проводниковые стойки шунтов обеспечивают безизоляторное крепление плеч диполей к отражателю. В парах, на смежные плечи излучателей подается противофазное питание, при этом излучатели пар собирательными двухпроводными линиями питания параллельно подключены к сумматорам-симметризаторам, обеспечивающим переход от двухпроводных линий питания к однопроводным линиям питания. Они соединены с разъемом для приемопередающей аппаратуры.The solution to this problem is provided by the fact that the emitters are made in the form of range dipoles in a known antenna containing a system of shaped emitters parallel to the reflector, each of which is connected to a power line, adders, a connector for connecting transceiver equipment and a radio-transparent shelter. The dipoles are made with quarter-wave shoulders of a triangular shape, grouped by two floor pairs and two vertical groups of floor pairs. The spacing between the floors for power points is 0.25λ _cf. , and in the floors, the spacing between pairs: - is equal to 0.75λ _cf. . The expansion of the operating frequency band is provided by using the shunt inclusion of range dipoles. In addition to this, the conductor racks of the shunts provide insulatorless mounting of the dipole arms to the reflector. In pairs, antiphase power is supplied to adjacent arms of the emitters, while the emitters of the pairs by collective two-wire power lines are connected in parallel to the adders-balancers, providing a transition from two-wire power lines to single-wire power lines. They are connected to a connector for transceiver equipment.

Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что выполненные с четвертьволновыми плечами треугольной формы диполи, сгруппированы двумя этажными парами и двумя вертикальными группами этажных пар.The novelty in the device according to the invention is that dipoles made with quarter-wave shoulders of a triangular shape are grouped by two floor pairs and two vertical groups of floor pairs.

Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что разнос между всеми этажами по точкам питания равен 0,25λ_ср., а в этажах между парами равен 0,75λ_ср., с подачей во все смежные плечи пар излучателей противофазного питания.The novelty in terms of the device according to the invention is seen in the fact that the spacing between all floors at the power points is 0.25λ _cf. , and in the floors between pairs equal 0.75λ _cf. , with the supply of pairs of antiphase power emitters to all adjacent shoulders.

Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что электрические шунты диполей, кроме обеспечения согласования с питающей линией в более широком диапазоне частот, выполняют роль элементов надежного механического крепления плеч к отражателю.The novelty in the device according to the invention is seen in the fact that the electric dipole shunts, in addition to ensuring coordination with the supply line in a wider frequency range, play the role of elements of reliable mechanical fastening of the shoulders to the reflector.

Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что устройство шунтов реализуется посредством проводниковых стоек и проводящей поверхности отражателя.The novelty in the device according to the invention is seen in the fact that the device of the shunts is realized by means of conductive racks and a conductive surface of the reflector.

Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что излучатели пар, собирательными двухпроводными линиями питания, параллельно подключены к сумматорам-симметризаторам, обеспечивающим переход от двухпроводных линий питания к однопроводным линиям питания для подключения к несимметричному разъему.The novelty in the device according to the invention is seen in the fact that the emitters of the pairs, collective two-wire power lines, are connected in parallel to the adders-baluns, providing a transition from two-wire power lines to single-wire power lines to connect to an unbalanced connector.

Новизна в части устройства по изобретению усматривается в том, что однопроводные линии питания в качестве второго проводника используют проводящий отражатель, реализуя как в двухпроводном, так и в однопроводном исполнении линию питания с воздушным диэлектриком.The novelty in the part of the device according to the invention is seen in the fact that single-wire power lines use a conductive reflector as a second conductor, realizing both a two-wire and a single-wire version a power line with an air dielectric.

Сочетание отличительных признаков и свойств как в заявленном устройстве из технической, научной литературы и патентной документации по панельным антеннам и их аналогам не выявлено, поэтому оно соответствует критериям новизны и изобретательского уровня.The combination of distinctive features and properties as in the claimed device from the technical, scientific literature and patent documentation for panel antennas and their analogues has not been identified, therefore, it meets the criteria of novelty and inventive step.

Промышленная применимость заявленного технического решения усматривается в сравнительной простоте изготовления, тиражирования и эксплуатации, в высоких электрических показателях и в возможности использования на промышленной основе, конкурентоспособном уровне и перспективой версий дальнейшего развития.The industrial applicability of the claimed technical solution is seen in the comparative simplicity of manufacture, duplication and operation, in high electrical performance and in the possibility of industrial use, competitive level and the prospect of further development versions.

На фиг. 1 приведен эскиз панельной антенны.In FIG. 1 shows a sketch of a panel antenna.

На фиг. 2 показан рисунок с фрагментами опытного образца.In FIG. 2 shows a drawing with fragments of a prototype.

На фиг. 3 отображены результаты основных электрических характеристик.In FIG. 3 shows the results of the main electrical characteristics.

Панельная антенна содержит систему фигурных излучателей в виде диапазонных диполей 1 с четвертьволновыми плечами треугольной формы 2. Плечи 2 диапазонных диполей 1 на проводниковых стойках 3 закреплены к проводящему отражателю 10. Проводниковые стойки 3 диполей 1 через проводящий отражатель 10 гальванически соединены между собой, а через плечи 2 диполей 1 имеют электрическое соединение с собирательными двухпроводными линиями питания 6, обеспечивая электрическое шунтовое подключение диполей 1 к линиям питания 6. Диапазонные диполи 1 сгруппированы в этажные пары 4, а размещенные одна над другой две этажные пары 4 образуют вертикальные группы этажных пар 5. При этом разнос между этажами составляет, по точкам питания, 0,25λ_ср., а в этажах, между парами по точкам питания, 0,75λ_ср.. При этом в парах 4, на смежные плечи излучателей подается противофазное питание, а излучатели пар собирательными двухпроводными линиями питания 6 параллельно подключены к сумматорам-симметризаторам 7. Сумматоры-симметризаторы 7 обеспечивают переход от двухпроводных линий питания 6 к однопроводным линиям питания 8. Однопроводные линии питания 8 соединены с несимметричным разъемом 9 на проводящем отражателе 10 для подключения приемопередающей аппаратуры.The panel antenna contains a system of shaped emitters in the form of band dipoles 1 with quarter-wave arms of a triangular shape 2. The shoulders 2 band dipoles 1 on the conductor posts 3 are fixed to the conductive reflector 10. The conductor posts 3 dipoles 1 are galvanically connected to each other through the conductive reflector 10, and through the shoulders 2 dipoles 1 are electrically connected to collective two-wire power lines 6, providing electrical shunt connection of dipoles 1 to power lines 6. Range dipoles 1 group are placed in floor pairs 4, and two floor pairs 4 placed one above the other form vertical groups of floor pairs 5. Moreover, the spacing between floors is, at the supply points, 0.25λ _cf. , and in the floors, between pairs at the power points, 0.75λ _cf. . Moreover, in pairs 4, antiphase power is supplied to adjacent arms of the emitters, and the emitters of the pairs by collective two-wire power lines 6 are connected in parallel to the adders-symmetrizers 7. Adders-symmetrizers 7 provide a transition from two-wire power lines 6 to single-wire power lines 8. Single-wire power lines 8 are connected to an unbalanced connector 9 on a conductive reflector 10 for connecting transceiver equipment.

Панельная антенна работает следующим образом.Panel antenna works as follows.

Наведенное в плечах 2 диполей 1 высокочастотное напряжение возбуждает возникновение тока проводимости в проводящих элементах диполей 1 и обеспечивает его протекание в собирательную линию питания 7, как это широко описано в технической литературе. При этом форма плеч 2 и точки крепления стоек 3, образованных через проводящий экран 10 электрических шунтов, согласуют импеданс диапазонных диполей 1 с волновым сопротивлением собирательных двухпроводных линий питания 6. Разнесенные диполи 1, на классическое расстояние 0,25λ_ср. по вертикали, в вертикальных группах этажных пар 5, при противофазном включении, обеспечивают в парах 4 парное синфазное суммирование токов и суммарные токи от каждой пары 4, по собирательной двухпроводной линии питания 6, подаются к сумматору-симметризатору 7, где линии питания согласуются по волновым сопротивлениям с однопроводной линией 8. Вертикальные группы этажных пар 5, разнесенные по горизонтали в этажах, между парами 4 по точкам питания на 0,75λ_cp., однопроводными линиями 8 соединяются, суммируя синфазные токи, с несимметричным разъемом 9 на проводящем отражателе 10 для подключения приемопередающей аппаратуры. При этом, разнесенные на 0,75λ_ср., группы этажных пар обеспечивают уменьшение в 1,5 раза по ширине диаграмму направленности, увеличивая коэффициент усиления и помехозащищенность антенны. Вся электрическая система устройства широкополосной антенны защищена от механических воздействий радиопрозрачным укрытием. (На эскизе не показано).The high-frequency voltage induced in the arms of 2 dipoles 1 excites the occurrence of a conduction current in the conductive elements of dipoles 1 and ensures its flow into the collective supply line 7, as is widely described in the technical literature. In this case, the shape of the arms 2 and the attachment points of the uprights 3 formed through the conductive screen 10 of the electric shunts match the impedance of the range dipoles 1 with the wave impedance of the collective two-wire power lines 6. Spaced dipoles 1, at a classical distance of 0.25λ _cf. vertically, in the vertical groups of floor pairs 5, when in antiphase switching on, they provide in pairs 4 pair in-phase summation of currents and total currents from each pair 4, along a collective two-wire power line 6, are supplied to the adder-symmetrizator 7, where the power lines are matched according to wave resistances with a single-wire line 8. Vertical groups of floor pairs 5, spaced horizontally in floors, between pairs 4 at power points by 0.75λ _cp. , single-wire lines 8 are connected, summing the common-mode currents, with an unbalanced connector 9 on a conductive reflector 10 for connecting transceiver equipment. At the same time, spaced at 0.75λ _cf. , groups of floor pairs provide a 1.5-fold reduction in the radiation pattern, increasing the gain and noise immunity of the antenna. The entire electrical system of the broadband antenna device is protected from mechanical influences by a radiotransparent shelter. (Not shown in the sketch).

Техническое решение панельной антенны доведено до опытных образцов, версия одного из которых показана на фиг. 2, с измеренными электрическими характеристиками, отображенными на фиг. 3.The technical solution of the panel antenna is brought to prototypes, a version of one of which is shown in FIG. 2, with the measured electrical characteristics shown in FIG. 3.

Claims

A panel antenna containing a system of shaped emitters parallel to the reflector, each of which is connected to a line, adders, a connector for connecting transceiver equipment and a radio-transparent shelter, characterized in that the emitters are made in the form of band dipoles 1 with quarter-wave shoulders of a triangular shape 2 on conductor racks of shunts 3, grouped by two floor pairs 4 with two vertical groups of 5 floor pairs with a spacing between the supply points of 0.25λ _cf. , and in the floors, with a spacing between pairs of supply points at 0.75λ _cf. moreover, in pairs, antiphase power is supplied to the adjacent shoulders of the emitters, while the emitters of the pairs by collective two-wire power lines 6 are connected in parallel to the adders-symmetrizers 7, providing a transition from two-wire power lines 6 to single-wire power lines 8 when connecting them to the unbalanced connector 9 on the conductive reflector 10 for connecting transceiver equipment.