RU2783475C1 - Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе волновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования - Google Patents
Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе волновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования Download PDFInfo
- Publication number
- RU2783475C1 RU2783475C1 RU2022102435A RU2022102435A RU2783475C1 RU 2783475 C1 RU2783475 C1 RU 2783475C1 RU 2022102435 A RU2022102435 A RU 2022102435A RU 2022102435 A RU2022102435 A RU 2022102435A RU 2783475 C1 RU2783475 C1 RU 2783475C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- wave
- vibrator
- balancing
- antenna system
- vibrators
- Prior art date
Links
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 4
- 210000002832 Shoulder Anatomy 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001808 coupling Effects 0.000 abstract 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 7
- 230000001413 cellular Effects 0.000 description 5
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 4
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229920000915 polyvinyl chloride Polymers 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminum Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- TWFZGCMQGLPBSX-UHFFFAOYSA-N carbendazim Chemical compound C1=CC=C2NC(NC(=O)OC)=NC2=C1 TWFZGCMQGLPBSX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Изобретение относится к области радиотехники и служит для систем передачи/приема сигналов с применением нескольких приемопередатчиков, работающих в различных диапазонах частот. Техническим результатом является повышение коэффициента усиления антенны. Результат достигается тем, что предлагается многодиапазонная антенная система круговой направленности с вертикальной поляризацией волны, состоящая из N волновых вибраторов, где N – число диапазонов частот, размещенных друг над другом на опорной трубе из диэлектрического материала, внутри которой проходят N коаксиальных фидерных линий для подключения одного вибратора к тракту передачи/приема радиосигнала соответствующего диапазона частот, согласно изобретению подключение каждой фидерной линии к вибратору осуществляется через устройство симметрирования и согласования, представляющее собой U-колено в виде полуволновой петли – отрезка коаксиального кабеля, свернутой в виде спирали и размещенной между плечами вибратора, обеспечивающее сопряжение симметричного волнового вибратора с несимметричной коаксиальной фидерной линией за счет инвертирования фазы сигнала и согласования входного сопротивления вибратора с волновым сопротивлением этой линии. 2 ил.
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в системах передачи/приема сигналов с применением нескольких приемопередатчиков (каналов передачи/приема радиосигналов), 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), используется несколько диапазонов (полос) частот, которые значительно разнесены друг от друга (на сотни–тысячи мегагерц). Выделенные этим системам полосы частот относительно узки (относительная ширина полосы не превышают 10 % от средней частоты соответствующего диапазона).
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. При этом зачастую имеют место сложные условия, в которых эксплуатируются антенные устройства этих систем, связанные с воздействием внешних неблагоприятных факторов: дождь, снег, ветровые нагрузки и др.
Известна многодиапазонная антенная система на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования, обеспечивающая перекрытие выделенных системам сотовой связи полос частот и защиту от неблагоприятных механических и климатических воздействий [1]. 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 состоит 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, где λn – длина волны, определенная с учетом укорочения в кабеле и соответствующая n-му диапазону частот, n=1…N; N – число диапазонов частот. Для защиты от воздействия внешних неблагоприятных факторов антенная система помещается в радиопрозрачный корпус (труба из диэлектрического материала).
Недостатком полуволновых вибраторов является малый коэффициент усиления. Поэтому наряду с указанной антенной системой в системах передачи/приема сигналов с применением нескольких приемопередатчиков (каналов передачи/приема радиосигналов), работающих в различных диапазонах (разнесенных полосах) частот, может быть использована предлагаемая многодиапазонная антенная система на основе волновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования иной конструкции, имеющих больший коэффициент усиления.
Особенностью волновых вибраторов является то, что им соответствуют иные по сравнению с полуволновыми вибраторами распределения тока и напряжения по оси вибратора: на входных зажимах волнового вибратора получается пучность напряжения и узел тока в отличие от полуволнового вибратора, у которого на входных зажимах получается пучность тока и узел напряжения. Вследствие этого волновые вибраторы обладают большим сопротивлением излучения (порядка 200 Ом), чем полуволновые вибраторы (73 Ома) [2, 3]. Волновым вибраторам соответствуют и более высокие значения их входных сопротивлений по сравнению с полуволновыми вибраторами.
Поэтому для подключения симметричного волнового вибратора к несимметричной коаксиальной фидерной линии с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом помимо симметрирования необходимо обеспечить понижение входного сопротивления вибратора.
Для этого может быть использована схема симметрирования и согласования на основе U-колена – полуволновой петли, представляющей собой отрезок коаксиального кабеля с электрической длиной в половину длины волны, включаемой между плечами вибратора [2, 3]. За счет инвертирования фазы сигнала при его прохождении через полуволновую петлю обеспечивается симметричное возбуждение плеч вибратора при питании от несимметричной коаксиальной линии. Кроме того, полуволновая петля обладает свойством трансформации сопротивлений и обеспечивает понижение входного сопротивления вибратора в 4 раза (в этой связи полуволновую петлю еще называют трансформатором или делителем на 4), т.е. до значений близких к значениям волновых сопротивлений наиболее распространенных коаксиальных кабелей.
Несмотря на конструктивную простоту свободновисящей полуволновой петли для систем радиосвязи и систем другого назначения, где необходимо обеспечение круговой направленности антенны и использование вертикальной поляризации волны, и особенно для многодиапазонных систем, она малопригодна, по следующим причинам:
- при вертикальном расположении антенны свободновисящие полуволновые петли могут приводить к искажению диаграмм направленности вибраторов и возникновению антенного эффекта;
- отсутствует или затруднена возможность защиты антенной системы от неблагоприятных механических и климатических воздействий (ветровые нагрузки, песок, пыль, дождь, снег, роса, морская соль и т.п.).
Устранение указанных недостатков может быть достигнуто путем включения между плечами каждого волнового вибратора, входящего в состав многодиапазонной антенной системы модифицированного U-колена в виде полуволновой петли, свернутой в виде спирали и размещаемой между плечами волнового вибратора.
Такого типа устройство симметрирования и согласования недорого, технологично при изготовлении и в дециметровом диапазоне, который, в частности, используется в системах сотовой связи, получается очень компактным.
Многодиапазонная антенная система (МАС) на основе волновых вибраторов, функционирующих в разнесенных полосах частот, совместно с устройствами симметрирования и согласования (УСС) в виде полуволновых петель соответствующей длины, свернутых в виде спиралей между плечами вибраторов, обеспечивает в каждом диапазоне круговую диаграмму направленности в плоскости ортогональной оси антенны при вертикальной поляризации волны.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведена схема общей конструкции многодиапазонной антенной системы на основе волновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования (МАС выделена штриховой линией в виде прямоугольника).
МАС состоит из следующих основных элементов:
- опоры 1, представляющей собой трубу из диэлектрического материала, например, ПВХ или – для повышения прочности конструкции – ПВХ, армированного стекловолокном;
- волновых вибраторов 2.1, 2.2, …, 2.N (где N – число используемых диапазонов частот), выполненных из металлических трубок (из меди, алюминия, латуни, стали) с внутренним диаметром, соответствующим внешнему диаметру опоры 1, размещенных на этой опоре 1;
- устройств симметрирования и согласования 3.1, 3.2, …, 3.N.
Каждый волновой вибратор 2.n (n=1, 2, …, N) имеет два плеча 2.n.1 и 2.n.2 одинаковой длины, пропорциональной λn/2 и определенной с учетом коэффициента укорочения волнового вибратора, где λn – длина волны, для работы на которой предназначен вибратор.
Внутри опоры 1 проходят коаксиальные фидерные линии 4.1, 4.2,…4.N, каждая из которых выходит наружу через отверстие в стенке и подключается к плечам волнового вибратора соответствующего диапазона. С противоположной стороны фидерные линии подключаются к выходам передатчиков/входам приемников 5.1, 5.2,…5.N.
На фиг. 2 приведена схема УСС для волнового вибратора.
Устройство симметрирования и согласования 3.n (выделено штриховой линией) для волнового вибратора 2.n представляет собой полуволновую петлю 3.n.1 из коаксиального кабеля, свернутого в виде спирали и размещенного между плечами 2.n.1 и 2.n.2 вибратора на опоре 1.
Центральный проводник полуволновой петли 3.n.1 с одной стороны соединяется с плечом 2.n.1 волнового вибратора 2.n; с другой стороны центральный проводник полуволновой петли 3.n.1 соединяется с центральным проводником фидерной линии 4.n, проходящей внутри опоры 1 и выходящей наружу через отверстие в стенке, и вторым плечом 2.n.2 вибратора 2.n. Концы внешнего проводника коаксиального кабеля, из которого изготовлена полуволновая петля 3.n.1, соединяются друг с другом и внешним проводником фидера 4.n перемычкой 3.n.2.
Для изготовления полуволновой петли в виде спирали в передающей антенне целесообразно использовать радиочастотные коаксиальные кабели типов РК 50-2-25, РК 50-1,5-22 и им подобные, внешний проводник которых выполнен в виде цельнотянутый трубки. Такие кабели обеспечивают малый радиус изгиба при монтаже (до 5 мм) при допустимой подводимой мощности в дециметровом диапазоне до 80 – 250 Вт. Для приемных антенн могут быть использованы более дешевые радиочастотные коаксиальные кабели небольшого сечения с внешним проводником в виде оплетки из проволок и т.п., также обладающие малым радиусом изгиба при монтаже.
Для защиты от климатических и механических воздействий описанная конструкция МАС помещается в герметичный корпус, представляющий собой трубу из диэлектрического материала с заглушкой в верхней части (на фиг. 1 труба и заглушка не показаны).
При вертикальном расположении многодиапазонной антенной системы обеспечивается круговая диаграмма направленности в азимутальной плоскости для каждого из вибраторов при линейной вертикальной поляризации волны.
Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе волновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования 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.
Источники информации
1. Пат. 2763113 Российская Федерация, МПК H01Q 21/24, H01Q 9/28. Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе полуволновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования / В.Н. Сергеев, В.А. Шуваев, Е.М. Красов; заявитель и патентообладатель Акционерное общество научно-внедренческое предприятие «ПРОТЕК» - № 2021114533 ; заявл. 24.05.2021, опубл. 27.11.2021, бюл. №36. - 10 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. Гошин Г.Г. Устройства СВЧ и антенны. В 2-х ч. Ч.2. Антенны. – Томск: Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2003. – 130 с.
Claims (1)
- Многодиапазонная антенная система круговой направленности с вертикальной поляризацией волны, состоящая из N волновых вибраторов, где N – число используемых диапазонов частот, размещенных друг над другом на опорной трубе из диэлектрического материала, внутри которой проходят N коаксиальных фидерных линий, предназначенных для подключения одного вибратора к тракту передачи/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 в виде полуволновой петли – отрезка коаксиального кабеля с электрической длиной в половину длины волны, свернутой в виде спирали и размещенной между плечами вибратора, обеспечивающее сопряжение симметричного волнового вибратора с несимметричной коаксиальной фидерной линией за счет инвертирования фазы сигнала и согласования входного сопротивления вибратора с волновым сопротивлением этой линии.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2783475C1 true RU2783475C1 (ru) | 2022-11-14 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005924A (ja) * | 2005-06-21 | 2007-01-11 | Maspro Denkoh Corp | アンテナ |
| RU2573224C2 (ru) * | 2013-10-04 | 2016-01-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Компактная вертикальная антенная решётка из вертикальных вибраторов, пространственно совмещённых с опорой |
| 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 |
| RU2735261C1 (ru) * | 2020-03-24 | 2020-10-29 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007005924A (ja) * | 2005-06-21 | 2007-01-11 | Maspro Denkoh Corp | アンテナ |
| RU2573224C2 (ru) * | 2013-10-04 | 2016-01-20 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Радио (Фгуп Ниир) | Компактная вертикальная антенная решётка из вертикальных вибраторов, пространственно совмещённых с опорой |
| 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 |
| RU2735261C1 (ru) * | 2020-03-24 | 2020-10-29 | Акционерное общество научно-внедренческое предприятие "ПРОТЕК" | Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP2871707B1 (en) | Microcellular communications antenna and associated methods | |
| US4369449A (en) | Linearly polarized omnidirectional antenna | |
| US9083076B2 (en) | Dipole antenna assembly having an electrical conductor extending through tubular segments and related methods | |
| CN112823447B (zh) | 一种天线及无线设备 | |
| JP2001267841A (ja) | アンテナ装置および携帯無線機 | |
| US4611214A (en) | Tactical high frequency array antennas | |
| RU2783475C1 (ru) | Многодиапазонная антенная система круговой направленности на основе волновых вибраторов с устройствами симметрирования и согласования | |
| 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 | |
| CN210628484U (zh) | 一种超宽带偶极子天线 | |
| RU2383974C1 (ru) | Индуктивно-емкостная антенна | |
| US4032845A (en) | Surface wave communication system | |
| EP3570373B1 (en) | Tower based antenna including multiple sets of elongate antenna elements and related methods | |
| RU2792403C1 (ru) | Компактная вертикальная антенная решетка круговой направленности на основе волновых разрезных вибраторов | |
| CA2885936C (en) | Operation of an antenna on a second, higher frequency | |
| RU2792404C1 (ru) | Компактная вертикальная антенная решетка круговой направленности на основе полуволновых разрезных вибраторов | |
| RU2735261C1 (ru) | Симметрирующее устройство для полуволнового вибратора | |
| US20200321701A1 (en) | Sleeved Dipole Antenna for Multi-Octave Broadside Radiation Pattern Control | |
| Jangam et al. | Design of J Pole Antenna for GPS-based Radiosonde Receiver Station | |
| CN210956990U (zh) | 一种超宽带偶极子天线 | |
| CN206610907U (zh) | 无线电信号转换装置 | |
| RU2199805C2 (ru) | Широкополосная симметричная вибраторная антенна | |
| RU189384U1 (ru) | Широкополосная антенна на основе вибратора с верхней емкостной нагрузкой | |
| CN208460978U (zh) | 一种超宽带无源监测天线 | |
| US12100900B2 (en) | Integrated 5G and GNSS compact antenna system |