СПОСОБ ДИНАМИЧЕСКОГО ИЗМЕНЕНИЯ ПРИЕМО-ПЕРЕДАЮЩИХ ХАРАКТЕРИСТИК АНТЕННЫ Российский патент 2016 года по МПК H01Q3/24 H01Q3/01 H01Q9/16 

Изобретение относится к радиосвязи, а именно к антеннам, и предназначено для динамического управления характеристиками (диаграммой направленности, поляризацией и т.д.) приемо-передающих антенн в системах связи GSM, 3G, 4G, навигации GPS, Глонасс, в системах приема и передачи телевидения.

В настоящее время значительное распространение получают технологии приемопередачи широкополосных сигналов, таких как MIMO и OFDM. Для работы с широкополосными сигналами используют антенные системы с множеством излучающих элементов, к примеру антенные решетки. Для улучшения рабочих характеристик антенных решеток увеличивают количество их приемо-передающих элементов и фидеров, площади антенной решетки, а также применяют сложные системы для согласования фаз сигналов в фидерах. Дальнейшее улучшение рабочих характеристик антенных решеток скажется на увеличении стоимости антенны и ее массогабаритных характеристиках, поэтому технические решения, направленные на создание архитектуры антенны на ограниченном пространстве, аналогичной возможностям антенной решетки по динамическому изменению характеристик приемопередачи, являются актуальными и значимыми для развития систем связи.

Из уровня техники известна АНТЕННАЯ СИСТЕМА ДЛЯ РАДИОТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА [патент на изобретение FR 2896625 A3], при которой проволочный осциллятор размещают на ограниченной прямоугольной площади ветрового стекла и изгибают его при этом через каждый шаг, равный ширине площади размещения, увеличивают количество изгибов, таким образом на ограниченной площади размещают значительный по длине проволочный осциллятор.

Недостатком аналога является невозможность изменения диаграммы направленности антенного элемента.

Также из уровня техники известна ДВОЙНАЯ АНТЕННА [патент на изобретение WO 2013143364 А1], которая содержит две пары симметричных и взаимно ортогональных диполей, при этом каждый диполь имеет форму замкнутой линии с возможностью выполнения на ней различных вариантов комбинации выемок и выступов, которые оказывают влияние на характеристики приемо-передающей части антенны.

Недостатком антенны является трудоемкость и невозможность динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны.

Аналогичной предыдущему решению является АНТЕННА [патент на полезную модель CN 201450115 U], которая содержит замкнутый контур, образованный соединением четырех полос металла с различными вариациями изгибов и выемок. Его недостатком также является трудоемкость изменения, а также невозможность динамического изменения характеристик антенны.

Наиболее близкими по технической сущности являются АНТЕННЫ И УСТРОЙСТВО ИХ СВЯЗИ [патент на изобретение JP 2013013084 А], которые включают два симметричных трехмерных осциллятора с множеством вершин и ребер. Между осцилляторами выполнены два соединительных зазора с возможностью оперативного замыкания, при этом динамически возможно изменять общую пропускную способность и импеданс антенн.

Недостатком прототипа является невозможность изменения диаграммы направленности антенн и поляризации радиосигнала, а также отсутствие возможности увеличения количества осцилляторов и увеличения объемной плотности их размещения.

Кроме того, метод работы антенны, реализованный в прототипе, позволяет лишь соединять или разъединять пары ребер. Отличием предлагаемого нами способа можно выделить то, что он предполагает перекоммутацию ребер сопрягаемых вершин, а этого эффекта прототип не достигает.

Цель изобретения состоит в обеспечении возможности динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны.

Техническим результатом является возможность динамического изменения диаграммы направленности антенны, поляризации радиосигнала, объемной плотности размещения осцилляторов и коэффициента усиления.

Технический результат достигается за счет того, что прототип, характеризующийся тем, что осциллятор выполняют в виде трехмерной фигуры с множеством граней и ребер, отличается тем, что сопрягают парами вершины осциллятора, при этом места сопряжения выполняют с возможностью перекоммутации ребер сопрягаемых вершин.

В частности, передающий фидер выполняют с возможностью коммутации с разными вершинами осциллятора.

В частности, перекоммутация ребер сопрягаемых вершин предусматривает соединение противолежащих или соседних ребер, а также полный или частичный разрыв соединения.

В частности, сопрягают вершины двух и более трехмерных осцилляторов.

Новизной изобретения является новая совокупность существенных признаков, которая позволяет менять коммутацию ребер осциллятора в вершинах и, как следствие, изменять импеданс, направленность и усиление антенны, не изменяя при этом исходного сигнала и геометрии антенны.

Сущность способа поясняется работой антенны с трехмерным приемо-передающим осциллятором.

Краткое описание чертежей.

На фиг. 1 изображен общий вид трехмерной антенны с одним осциллятором.

На фиг. 2 изображен общий вид трехмерной антенны с двумя осцилляторами.

На фиг. 3 представлен пример наращивания трехмерного осциллятора.

На фиг. 4 представлен пример реализации перекоммутации ребер сопрягаемых вершин.

На фиг. 5 представлен пример перекоммутации ребер сопрягаемых вершин осциллятора

На фиг. 6 представлена продольная (острая) диаграмма направленности трехмерного осциллятора.

На фиг. 7 представлен график коэффициента стоячей волны для продольной диаграммы направленности трехмерного осциллятора.

На фиг. 8 продольная крестообразная диаграмма направленности трехмерного осциллятора.

На фиг. 9 представлен график коэффициента стоячей волны для крестообразной диаграммы направленности трехмерного осциллятора.

Антенна состоит из трехмерного осциллятора с множеством вершин 1 и ребер 2, при этом некоторые вершины сопряжены в пары 3.

Антенна может быть выполнена из двух осцилляторов 4 и 5 (см. фиг. 2), некоторые вершины которых между особой сопряжены в пары 6, при этом вершины каждого из осцилляторов сопрягаются между собой в пары 7.

Основная трехмерная фигура 8 (см. фиг. 3) осциллятора через одну или несколько вершин 9 и через фидер 10 может быть наращена как во внешнее, так и во внутреннее пространство дополнительной фигурой 11, при этом размер и конфигурация дополнительной фигуры 11 могут отличаться от основной фигуры 8.

В местах сопряжения вершин 1 трехмерного осциллятора устанавливают диодный мост 12 (см. фиг. 4) с четырьмя управляемыми диодами 13 для обеспечения перекоммутации ребер 2 сопрягаемых вершин 1.

Трехмерные осцилляторы в одном из вариантов реализации можно изготавливать на трехмерных проволокогибочных станках, в другом варианте реализации трехмерный осциллятор можно вытравливать на трехмерной диэлектрической фигуре, к примеру кубе.

Диоды 14 выполнены управляемыми с возможностью обеспечения перекоммутации ребер 2 сопрягаемых вершин 1.

Антенна работает следующим образом.

Первоначально в зависимости от частотного диапазона работы выбирают трехмерный осциллятор с оптимальной длиной ребра, эквивалентной длине электромагнитной волны.

В одном из вариантов реализации изобретения коммутируют передающий фидер 14 с вершинами 15 и 16 (см. фиг. 5), в другом варианте реализации передающий фильтр коммутируют с ребрами 17 одной из вершин 18.

Для формирования продольной (острой) диаграммы направленности (см. фиг. 6) перекоммутируют ребра 19 и 20 вершин 21 и 22 и создают новые связи 23 и 24. Аналогичным перекоммутированием вершин и ребер антенны с трехмерным осциллятором можно получить крестообразную диаграмму направленности (см. фиг. 8).

На фиг. 6-9 показаны расчетные характеристики диаграмм направленности и коэффициента стоячей волны для частотного диапазона 3G (2100 МГц).

Если к вершинам 1 подвести несколько фидеров с разной фазой сигнала, то в зависимости от разности фаз поляризация радиосигнала может быть горизонтальной, вертикальной или спиральной.

Антенну с трехмерным осциллятором можно использовать вместо антенных решеток для приемопередачи широкополосных сигналов.

Положительными техническими эффектами являются:

- возможность перекоммутации вершин и ребер осциллятора, которая позволяет динамически изменять рабочие приемо-передающие характеристики антенны, а именно диаграмму направленности, импеданс и поляризацию, сохраняя геометрию антенны;

- повышение коэффициента передачи и объемной плотности за счет обеспечения возможности пространственного наращивания трехмерного осциллятора;

- невысокая себестоимость серийного изготовления антенны, представленной по способу за счет простой конструкции исполнения антенны.

Способ динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны заключается в том, что осциллятор выполняют в виде трехмерной фигуры с множеством граней и ребер. При этом сопрягают парами вершины осциллятора, места сопряжения выполняют с возможностью перекоммутации ребер сопрягаемых вершин. Технический результат заключается в обеспечении возможности динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны, а именно диаграммы направленности, импеданса, коэффициента усиления и поляризации антенны без изменения ее геометрии. 3 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Способ динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны, характеризующийся тем, что осциллятор выполняют в виде трехмерной фигуры с множеством вершин и ребер, отличающийся тем, что сопрягают парами вершины осциллятора, при этом места сопряжения выполняют с возможностью перекоммутации ребер сопрягаемых вершин.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что передающий фидер выполняют с возможностью коммутации с разными вершинами осциллятора.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что перекоммутация ребер сопрягаемых вершин предусматривает соединение противолежащих или соседних ребер, а также полный или частичный разрыв соединения.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что сопрягают вершины двух и более трехмерных осцилляторов.