АНТЕННА ДЛЯ ПОДВИЖНОЙ СВЯЗИ Российский патент 2003 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к антенной технике, используемой в системах сотовой, пейджинговой и подвижной связи, эксплуатируемых на наземных радиолиниях в диапазоне дециметровых волн.

В системах подвижной связи часто возникает необходимость формирования ненаправленного в горизонтальной плоскости излучения вертикальной поляризации в пределах определенной зоны обслуживания на поверхности земли. Известны антенные устройства (П.П.Гавеля, А.Д. Истрашкин, Ю.К. Муравьев, В.П.Серков. Антенны. Часть II. ВАС, Ленинград, 1964 г., стр. 22), содержащие вертикальный излучатель длиной четверть длины волны и систему противовесов, которые формируют в пространстве ненаправленное в горизонтальной плоскости вертикально поляризованное излучение. Основным недостатком этих антенн является сравнительно низкий коэффициент усиления и невозможность управления формой диаграммы направленности антенны в вертикальной плоскости. Кроме того, при работе на высоких частотах, из-за малых геометрических размеров вертикального излучателя, излучающая способность антенны становится низкой, что ограничивает дальность действия систем сотовой и пейджинговой связи, радиотелефонных удлинителей и т.п.

В качестве прототипа предлагаемой антенны рассмотрим антенну (К. Ротхамель. Антенны. М.: Энергия, 1979 г., стр. 199), состоящую из нескольких расположенных друг над другом линейных излучателей длиной полволны и соединенных между собой короткозамкнутыми четвертьволновыми шлейфами. Недостатком конструкции антенны является отсутствие элементов, обеспечивающих управление распределением тока, а соответственно и диаграммой направленности в вертикальной плоскости. Кроме того, к недостатку антенны следует отнести ее ограниченную полосу рабочих частот и сложность в реализации короткозамкнутых шлейфов.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является создание конструкции антенной системы с повышенным коэффициентом усиления, формирующей ненаправленное в горизонтальной плоскости вертикально поляризованное излучение в пределах требуемой зоны обслуживания.

Поставленная задача решается с помощью предлагаемой конструкции антенны, состоящей из системы противовесов и излучающих модулей, образующих жесткую коаксиальную линию, согласованную с активной нагрузкой. Каждый модуль состоит из четырех рамок с периметром три четверти длины волны, расположенных под углом 90^o друг к другу и подключенных с одной стороны к настраиваемым шлейфам, установленным на наружной стороне оболочки коаксиальной линии, а с другой стороны через отверстия в оболочке коаксиальной линии к ее центральному проводнику. За счет особой конструкции рамок излучающий модуль формирует "зонтичную" в вертикальной плоскости диаграмму направленности, обеспечивающую на поверхности земли требуемую зону обслуживания. Необходимый коэффициент усиления обеспечивается за счет синфазной работы модулей в антенной решетке. Синфазное возбуждение модулей достигается их питанием от общей коаксиальной линии, работающей в режиме бегущей волны.

Предлагаемая конструкция антенны для подвижной связи иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1, 2.

На фиг. 1 показан общий вид предлагаемой антенной системы для подвижной связи.

На фиг.2 показан общий вид излучающего модуля.

Антенна (фиг.1) состоит из основания (1), представляющего жесткую коаксиальную линию с высокочастотным разъемом в торцевой части (2). К основанию антенны крепится система из 8 противовесов (3) и излучающие модули (4). Основание антенны и излучающие модули образуют единую жесткую коаксиальную линию, которая заканчивается активной согласующей нагрузкой (5). К основанию антенны крепится узел крепления (6), обеспечивающий установку антенны на мачте (7).

Излучающий модуль (фиг.2) представляет собой полый цилиндр (8), на котором посредством настрочных шлейфов (9) закреплены четыре рамочных излучателя (10), расположенных под углом 90^o друг к другу. Рамочные излучатели одним концом крепятся к настроечному шлейфу, а другим через изолирующие втулки (11) - к опорному кольцу (12), которое при сборке антенны соединяется с центральным проводником (13) коаксиальной линии. С помощью подвижного плунжера (14) изменяется длина коротко-замкнутого шлейфа, чем достигается согласование излучающих рамок с коаксиальной линией и регулировка распределения тока вдоль их провода, обеспечивающего отклонение максимума диаграммы направленности от оси антенны. Расчеты и проведенные экспериментальные исследования показали, что длину шлейфа целесообразно выбирать в пределах λ/4, а рамки от Зλ/4.

Предлагаемая антенна может быть выполнена следующим образом. За основу антенны (фиг. 1) выбран отрезок жесткой коаксиальной линии (1) с высокочастотным разъемом (2) в торцевой части. К основанию антенны крепятся излучающие модули (фиг.2) с помощью шпилек (13), образующих центральный стержень коаксиальной линии. Излучающий модуль представляет собой полый цилиндр (8), внешний диаметр которого равен диаметру основания антенны. Вдоль образующей цилиндра крепятся короткозамкнутые шлейфы (9) с регулирующими плунжерами (14). К разомкнутым концам шлейфов крепятся рамочные излучатели (10), вторые концы которых через диэлектрические втулки (11) крепятся к опорному кольцу (12). Очередной модуль закрепляется на антенне через опорное кольцо (12) с помощью шпильки (13) последующего модуля. После установки последнего модуля (фиг. 1) к антенне подключается активная нагрузка (5). Собранная антенна с помощью узла крепления (6) крепится к мачте (7).

Антенна для подвижной связи относится к антенной технике и может быть использована в системах сотовой и пейджинговой связи, работающих в диапазоне 700-1500 МГц, а также в других системах связи. Техническим результатом является создание конструкции антенны, обладающей управляемой в вертикальной плоскости диаграммой направленности, имеющей повышенный коэффициент усиления и формирующей вертикально поляризованное и ненаправленное в горизонтальной плоскости излучение. Конструктивно антенна выполнена из излучающих модулей, образующих жесткую коаксиальную линию, согласованную с активной нагрузкой и вместе с системой противовесов установленную на мачте вертикально относительно поверхности земли. 2 ил.

Антенна для подвижной связи, состоящая из системы противовесов и излучающих модулей, образующих жесткую коаксиальную линию, согласованную с активной нагрузкой, отличающаяся тем, что каждый модуль состоит из четырех рамок с периметром три четверти длины волны, расположенных под углом 90^o друг к другу и подключенных с одной стороны к настраиваемым шлейфам, установленным на наружной стороне оболочки коаксиальной линии, а с другой стороны через отверстия в оболочке коаксиальной линии к ее центральному проводнику.