RU2763113C1 - Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования - Google Patents
Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2763113C1 RU2763113C1 RU2021114533A RU2021114533A RU2763113C1 RU 2763113 C1 RU2763113 C1 RU 2763113C1 RU 2021114533 A RU2021114533 A RU 2021114533A RU 2021114533 A RU2021114533 A RU 2021114533A RU 2763113 C1 RU2763113 C1 RU 2763113C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wave
- vibrator
- antenna system
- vibrators
- balancing
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q21/00—Antenna arrays or systems
- H01Q21/24—Combinations of antenna units polarised in different directions for transmitting or receiving circularly and elliptically polarised waves or waves linearly polarised in any direction
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
- H01Q9/00—Electrically-short antennas having dimensions not more than twice the operating wavelength and consisting of conductive active radiating elements
- H01Q9/04—Resonant antennas
- H01Q9/16—Resonant antennas with feed intermediate between the extremities of the antenna, e.g. centre-fed dipole
- H01Q9/28—Conical, cylindrical, cage, strip, gauze, or like elements having an extended radiating surface; Elements comprising two conical surfaces having collinear axes and adjacent apices and fed by two-conductor transmission lines
Landscapes
- Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено в системах передачи/приема сигналов с применением нескольких передатчиков/приемников (каналов передачи/приема сигналов), работающих в различных диапазонах (разнесенных полосах) частот, в том числе в системах сотовой, транкинговой связи, в составе базовых и диспетчерских станций, для построения ретрансляторов (репитеров) среднего и малого радиуса действия, а также в системах другого назначения. Предметом изобретения является многодиапазонная антенная система на основе полуволновых разрезных вибраторов (диполей) с устройствами симметрирования и согласования, обеспечивающая формирование круговой диаграммы направленности в азимутальной плоскости для каждого приемопередатчика (канала) в соответствующем диапазоне частот с линейной поляризацией волны. Многодиапазонная антенная система состоит из N полуволновых вибраторов (диполей, суммарная электрическая длина плеч которых, определяемая с учетом коэффициента укорочения полуволнового вибратора, соответствует половине длины волны). Между плечами каждого из вибраторов размещено устройство симметрирования и согласования, обеспечивающее сопряжение симметричного вибратора с несимметричной фидерной линией из коаксиального кабеля за счет инвертирования фазы сигнала и согласования входного сопротивления полуволнового вибратора с волновым сопротивлением фидерной линии. Полуволновые вибраторы размещены друг над другом на опоре – трубе из диэлектрического материала, внутри которой проходят коаксиальные кабели (фидеры), соединяющие каждый вибратор с соответствующим передатчиком/приемником (каналом передачи/приема) радиосигнала. Устройство симметрирования и согласования каждого полуволнового вибратора представляет собой модифицированное U-колено, состоящее из двух отрезков коаксиального кабеля длиной λn/4 и 3/4λn, свернутых в виде спиралей и последовательно расположенных на опорной трубе антенной системы между плечами вибратора (λn – длина волны, определенная с учетом укорочения в кабеле и соответствующая n-му диапазону частот, n=1,…,N; N – число диапазонов частот). Технический результат при реализации заявленного решения заключается в минимизации потерь за счет симметрирования и согласования входных сопротивлений вибраторов и волновых сопротивлений подключаемых к ним фидеров. Кроме того, при вертикальном расположении антенной системы обеспечивается круговая диаграмма направленности в азимутальной плоскости для каждого из вибраторов при линейной вертикальной поляризации волны, а при изменении наклона антенной системы может быть обеспечена горизонтальная или наклонная поляризация волны. Небольшой диаметр конструкции антенной системы, помещаемой в радиопрозрачный корпус (труба из диэлектрического материала), обеспечивает ее эффективную защиту от воздействия внешних неблагоприятных факторов: климатических и механических воздействий. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть применено в системах передачи/приема сигналов с применением нескольких передатчиков/приемников (каналов передачи/приема сигналов), работающих в различных диапазонах (разнесенных полосах) частот, в том числе в системах сотовой, транкинговой связи, в составе базовых и диспетчерских станций, для построения ретрансляторов (репитеров) среднего и малого радиуса действия, а также в системах другого назначения.
В системах сотовой связи, в том числе поколения 4G (стандарт LTE), именуемого также мобильным Интернетом, используются диапазоны частот 450, 900, 1800, 2500 МГц и ряд других. Еще большее число диапазонов предполагается использовать в сетях поколения 5G. Особенностями использования радиочастотного спектра сетями сотовой связи является то, что, с одной стороны, выделенные им полосы частот относительно узки (относительная ширина каждой полосы не превышают 10 % от средней частоты соответствующего диапазона), а с другой стороны, эти полосы значительно разнесены друг от друга (разнос составляет сотни мегагерц).
Другой особенностью систем сотовой связи, а также других систем подвижной радиосвязи является то, что для них обычно требуется всенаправленное излучение и прием вертикально поляризованных электромагнитных волн.
В ряде случаев, например, при организации подвижной радиосвязи в горных районах требуется наклон диаграммы направленности в вертикальной плоскости. При этом зачастую имеют место сложные условия эксплуатации, связанные с воздействием внешних неблагоприятных климатических факторов: дождь, снег, ветровые нагрузки и др.
Известна антенная система с круговыми диаграммами направленности для нескольких передатчиков [1], работающих на разных частотах (в разнесенных полосах частот).
Антенная система состоит из N полуволновых вибраторов, размещенных друг над другом на трубе из изоляционного материала, внутри которой проходят N коаксиальных кабелей (фидерных линий), соединяющих каждый вибратор с соответствующим передатчиком (каналом формирования и усиления) радиосигнала. Антенная система помещена в радиопрозрачный корпус, представляющий собой трубу из диэлектрического материала и обеспечивающий ее защиту от неблагоприятных механических и климатических воздействий. При вертикальном расположении антенная система обеспечивает формирование круговых диаграмм направленности при вертикальной поляризации волны.
Недостатком данной антенной системы является то, что полуволновый вибратор является симметричным, в то время как коаксиальная фидерная линия, подключаемая к его плечам, несимметрична. Это приводит к несимметричному возбуждению плеч вибратора: соотношение амплитуд и фаз токов на входе антенны существенно отличаться от соотношения амплитуд и фаз внутри коаксиальной линии. Коэффициент стоячей волны в таком случае достигает значений 5–7, что соответствует коэффициенту полезного действия системы фидерная линия – нагрузка (антенна) порядка 0,55–0,45. Помимо значительных потерь рассогласование фидера и антенны может привести к возникновению антенного эффекта фидера и искажению диаграммы направленности.
Для устранения отмеченного недостатка используют различные схемы соединения коаксиальной линии с полуволновым вибратором, которые обеспечивают симметричное возбуждение плеч вибратора. Наиболее простой и распространенной является так называемая схема U-колена [2,3,4]. Симметрирующее устройство в виде U-колена состоит из двух отрезков коаксиального кабеля длиной λ/4 и 3λ/4 (λ – длина волны), соединенных между собой и фидером центральными проводниками; противоположные концы коаксиальных кабелей подключаются к плечам полуволнового вибратора; внешние проводники (оболочки) коаксиальных кабелей и фидера соединяются между собой. За счет разности длин отрезков коаксиальных кабелей, составляющей половину длины волны, осуществляется сдвиг фазы на 180° и тем самым достигается сопряжение несимметричной фидерной линии с симметричным полуволновым вибратором. Помимо симметрирования U-колено обеспечивает согласование волнового сопротивления фидера и входного сопротивления полуволнового разрезного вибратора (диполя), равного на резонансной частоте 73,1 Ом [4]. При использовании в качестве фидера коаксиального кабеля с волновым сопротивлением 75 Ом коэффициент стоячей волны (КСВ) близок к 1, при волновом сопротивлении в 50 Ом КСВ составляет 1,5. Соответствующие этим КСВ значения коэффициента полезного действия полуволнового вибратора теоретически достигают 100% и 95% соответственно.
Несмотря на простоту описанной схемы симметрирования и согласования, для систем радиосвязи и систем другого назначения, где необходимо обеспечение круговой направленности антенны и использование вертикальной поляризации волны, она малопригодна, по следующим причинам:
- общая длина U-колена, состоящего из двух отрезков коаксиального кабеля, соизмерима с длиной волны (с учетом коэффициента укорочения в кабеле), то есть в метровом и нижней части дециметрового диапазона длин волн может составлять от одного до нескольких метров;
- при вертикальном расположении антенны свободно висящее U-колено приводит к искажению диаграммы направленности антенны и возникновению антенного эффекта фидера;
- затруднена защиты антенной системы от неблагоприятных механических и климатических воздействий (песок, пыль, дождь, снег, роса, морская соль и т.п.).
Еще в большей мере отмеченные недостатки будут проявляться в многодиапазонной антенной системе, состоящей из нескольких вибраторов.
По этим же причинам для систем подвижной радиосвязи и многих других систем, в которых используются радиоволны с вертикальной поляризацией, не подходят или малопригодны другие схемы симметрирования и согласования: шлейфового питания [3], так называемый «четвертьволновый запирающий стакан» [5] и др.
Устранение указанных недостатков может быть достигнуто путем включения между плечами каждого полуволнового вибратора, входящего в состав многодиапазонной антенной системы, устройства симметрирования и согласования, представляющего собой модифицированное U-колено, состоящее из свернутых в виде спиралей и размещенных последовательно между плечами вибратора на опорной трубе двух отрезков коаксиальных кабелей длиной λn/4 и 3/4λn (λn – длина волны с учетом коэффициента укорочения в кабеле, соответствующая n-му диапазону частот, n=1…N; N – число диапазонов частот), и обеспечивающее сопряжение симметричного вибратора с несимметричной коаксиальной фидерной линией и согласование входного сопротивления вибратора с волновым сопротивлением этой линии [6].
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена схема общей конструкции многодиапазонной антенной системы (выделена штриховой линией в виде прямоугольника).
Многодиапазонная антенная система (МАС) состоит:
- из опоры 1, представляющей собой трубу из диэлектрического материала, например, труба из ПВХ или – для повышения прочности конструкции – из ПВХ, армированного стекловолокном;
- полуволновых вибраторов 2.1, 2.2, …2.N (N – число вибраторов, соответствующее числу используемых диапазонов частот), выполненных из металлических трубок (из меди, алюминия, латуни, стали) с внутренним диаметром, соответствующим внешнему диаметру опорной трубы;
- устройств симметрирования и согласования (УСС) 3.1, 3.2, …3.N.
Каждый полуволновый вибратор 2.n (n=1,2,…N) имеет два плеча 2.n.1 и 2.n.2 одинаковой длины, соответствующей четверти длины волны n-го диапазона частот, определенной с учетом коэффициента укорочения полуволнового вибратора.
Внутри трубы проходят коаксиальные фидерные линии 4.1, 4.2,…4.N, каждая из которых подключается к полуволновому вибратору соответствующего диапазона.
На фиг. 2 представлена схема УСС.
УСС n-го полуволнового вибратора состоит из двух отрезков коаксиального кабеля 3.n.1 и 3.n.2 длиной λn/4 и 3λn/4, где λn – длина волны, соответствующая n-му диапазону частот и определяемая с учетом коэффициента укорочения в кабеле.
Отрезки коаксиальных кабелей свернуты в спираль и последовательно размещены между плечами вибратора на опорной конструкции МАС – трубе из диэлектрического материала 1. Центральные проводники отрезков коаксиальных кабелей 5 и 6 со стороны концов, обращенных друг к другу, соединены между собой и с центральным проводником фидерной линии 4.n, проходящей внутри трубы 1 и выходящей наружу через отверстие в стенке трубы (на рисунке не показано). С этих же концов внешние проводники отрезков коаксиальных кабелей и фидерной линии соединены между собой.
С противоположных концов: центральный проводник 7 верхнего отрезка коаксиального кабеля соединен с верхним плечом 2.n.1 вибратора; центральный проводник 8 нижнего отрезка коаксиального кабеля соединен с нижним плечом 2.n.2 вибратора; внешние проводники отрезков коаксиальных кабелей соединены друг с другом перемычкой 9.
Описанная конструкция УСС компактна. С позиций симметрирования и согласования обладает теми же свойствами, что и обычное U-колено: за счет инвертирования фазы сигнала обеспечивает подключение несимметричной фидерной линии к симметричному полуволновому вибратору и согласование волнового сопротивления фидерной линии и входного сопротивления вибратора при минимуме вносимых потерь, за счет чего достигается высокий коэффициент полезного действия.
Вследствие принципа взаимности в применении к антеннам [2] многодиапазонная антенная система может быть использована также как приемная или приемопередающая, в частности, в системах сотовой и транкинговой связи.
Для защиты от климатических и механических воздействий описанная конструкция МАС помещается в герметичный корпус, представляющий собой трубу из диэлектрического материала подходящего диаметра с заглушкой в верхней части (на фиг. 1 труба и заглушка не показаны).
Многодиапазонная антенная система недорога и технологична при изготовлении и может быть использована в составе передающих и приемных устройств, ретрансляторов (репитеров) в системах радиосвязи, для обеспечения доступа к Интернету в небольших населенных пунктах, что особенно актуально для Российской Федерации, где устойчивое покрытие в основном обеспечено в пределах крупных административных и промышленных центров или вдоль транспортных магистралей федерального значения.
Источники информации
1. Патент № 2708098 РФ, МПК H01Q 21/24. Антенная система с круговой диаграммой направленности для нескольких передатчиков / В.Н. Сергеев, В.А. Шуваев, Е.М. Красов, В.Г. Маркин (РФ); Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (РФ). - № 2019114804; заявлено 14.05.2019; опубл. 04.12.2019, бюл. 34. - 8 с.: 2 ил.
2. Белоцерковский Г.Б. Основы радиотехники и антенны. В 2-х ч. Ч. II. Антенны. – М.: Радио и связь, 1983. – 296 с.
3. Айзенберг Г. 3., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ/ Под ред. Г. 3. Айзенберга. В 2-х ч. Ч. 1. – М., Связь, 1977. - 384 с.
4. Гошин Г.Г. Устройства СВЧ и антенны. В 2-х ч. Ч.2. Антенны. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2003. – 130 с.
5. Верещагин Е.М. Антенны и распространение радиоволн. – М.: Воениздат, 1964. – 240 с.
6. Патент № 2735261 РФ, МПК H01P 5/10. Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора / В.Н. Сергеев, В.А. Шуваев, Е.М. Красов(РФ); Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» (РФ). - № 2020112336; заявлено 24.03.2020, опубл. 29.10.2020, бюл. 31. - 8 с.: 1 ил.
Claims (1)
- Многодиапазонная антенная система круговой направленности с вертикальной поляризацией волны, состоящая из N полуволновых разрезных вибраторов, размещенных друг над другом на трубе из диэлектрического материала, внутри которой проходят N коаксиальных фидерных линий, предназначенных для подключения одного вибратора к тракту формирования/приема радиосигнала соответствующего диапазона частот, отличающаяся тем, что подключение каждой фидерной линии к вибратору осуществляется через устройство симметрирования и согласования, представляющее собой модифицированное U-колено, состоящее из свернутых в виде спиралей и размещенных последовательно между плечами вибратора на опорной трубе двух отрезков коаксиальных кабелей длиной λn/4 и 3λn/4, где λn – длина волны с учетом коэффициента укорочения в кабеле, и обеспечивающее сопряжение симметричного вибратора с несимметричной коаксиальной фидерной линией и согласование входного сопротивления вибратора с волновым сопротивлением этой линии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021114533A RU2763113C1 (ru) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021114533A RU2763113C1 (ru) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2763113C1 true RU2763113C1 (ru) | 2021-12-27 |
Family
ID=80039136
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021114533A RU2763113C1 (ru) | 2021-05-24 | 2021-05-24 | Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2763113C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2239261C2 (ru) * | 2000-10-19 | 2004-10-27 | Зайцев Георгий Михайлович | Способ обеспечения направленного действия малогабаритного антенного устройства и малогабаритное антенное устройство для осуществления способа |
RU2571156C2 (ru) * | 2014-03-20 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Вибраторная антенна |
US9692141B2 (en) * | 2013-08-09 | 2017-06-27 | Orban Microwave Products Nv | Antenna array of inverted-L elements optionally for use as a base station antenna |
RU189383U1 (ru) * | 2019-01-16 | 2019-05-21 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Многодиапазонная вибраторная коллинеарная антенна |
RU2708098C1 (ru) * | 2019-05-14 | 2019-12-04 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Антенная система с круговой диаграммой направленности для нескольких передатчиков |
-
2021
- 2021-05-24 RU RU2021114533A patent/RU2763113C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2239261C2 (ru) * | 2000-10-19 | 2004-10-27 | Зайцев Георгий Михайлович | Способ обеспечения направленного действия малогабаритного антенного устройства и малогабаритное антенное устройство для осуществления способа |
US9692141B2 (en) * | 2013-08-09 | 2017-06-27 | Orban Microwave Products Nv | Antenna array of inverted-L elements optionally for use as a base station antenna |
RU2571156C2 (ru) * | 2014-03-20 | 2015-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Новосибирский государственный технический университет" | Вибраторная антенна |
RU189383U1 (ru) * | 2019-01-16 | 2019-05-21 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Многодиапазонная вибраторная коллинеарная антенна |
RU2708098C1 (ru) * | 2019-05-14 | 2019-12-04 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Антенная система с круговой диаграммой направленности для нескольких передатчиков |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6018324A (en) | Omni-directional dipole antenna with a self balancing feed arrangement | |
US8749441B2 (en) | Simultaneous transmit and receive antenna system | |
US4369449A (en) | Linearly polarized omnidirectional antenna | |
US6255998B1 (en) | Lemniscate antenna element | |
WO2000014826A1 (en) | Circularly polarized dielectric resonator antenna | |
US5818397A (en) | Circularly polarized horizontal beamwidth antenna having binary feed network with microstrip transmission line | |
US20210273339A1 (en) | Wideband Dual-Polarized Four-Quad Loop Antenna | |
US5999141A (en) | Enclosed dipole antenna and feeder system | |
US5969687A (en) | Double-delta turnstile antenna | |
US9276310B1 (en) | Omnidirectional helically arrayed antenna | |
US20110221647A1 (en) | Multi-Element Folded-Dipole Antenna | |
US5307078A (en) | AM-FM-cellular mobile telephone tri-band antenna with double sleeves | |
RU2763113C1 (ru) | Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования | |
RU2783475C1 (ru) | Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе волновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования | |
CN112823447A (zh) | 一种天线及无线设备 | |
CN210628484U (zh) | 一种超宽带偶极子天线 | |
RU2735261C1 (ru) | Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора | |
CA2885936C (en) | Operation of an antenna on a second, higher frequency | |
RU2792404C1 (ru) | Компактная вертикальная антенная решетка круговой направленности на основе полуволновых разрезных вибраторов | |
RU2792403C1 (ru) | Компактная вертикальная антенная решетка круговой направленности на основе волновых разрезных вибраторов | |
RU2199805C2 (ru) | Широкополосная симметричная вибраторная антенна | |
US20200321701A1 (en) | Sleeved Dipole Antenna for Multi-Octave Broadside Radiation Pattern Control | |
US20190391223A1 (en) | Eloran receiver with ferromagnetic body and related antennas and methods | |
CN208460978U (zh) | 一种超宽带无源监测天线 | |
CN210956990U (zh) | 一种超宽带偶极子天线 |