Антенное устройство с переключаемой диаграммой направленности

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано, например, в системах корпоративной, мобильной связи, а также системах связи специального назначения. Антенное устройство с переключаемой диаграммой направленности, содержащее пассивные и активный электрические вибраторы и коммутирующие элементы. При этом источником возбуждения является постоянно подключенный к линии питания активный вибратор, окруженный равномерно расположенными на расстоянии 0.25 λ от него N (N = 1, 2, …) коммутируемыми пассивными вибраторами длиной 0.5 λ, состоящими из М (М = 4, 5, …) коллинеарно расположенных проводников, соединяемых коммутирующими элементами, управляющими диаграммой направленности антенного устройства посредством придания пассивным вибраторам либо свойства рефлектора, либо свойства незаметности для активного вибратора, при этом пассивные вибраторы выполнены с возможностью переключения диаграммы направленности при работающем передающем устройстве, функционирующем со значительными мощностями, причем число разбиений пассивных вибраторов выбирается в зависимости от требуемой степени незаметности их для активного вибратора. Технический результат заключается в возможности переключения диаграммы направленности, снижении токовой нагрузки на коммутирующие элементы и уменьшении количества элементов, подлежащих согласованию с питающей линией. 7 ил.

 

Предлагаемое устройство относится к области антенной техники и может быть использовано, например, в системах корпоративной, мобильной связи, а также в системах связи специального назначения.

Использование направленного излучения в системах связи позволяет повысить энергетику радиолинии в заданном направлении с одновременным подавлением мешающих излучений с других направлений, увеличить дальность радиосвязи, повысить помехозащищенность канала связи, улучшить параметры электромагнитной совместимости, повысить скрытность передачи информации.

При этом при работе с абонентами, расположенными случайным образом в азимутальной плоскости, а также в мобильных системах связи требуется применение направленных антенн с возможностью поворота направления излучения.

Для этих целей могут применяться различные методы: механическое сканирование, частотное управление лучом, фазированные решетки, SMART-антенны, или решения, основанные на использовании решеток излучателей с коммутацией их питания, что позволяет сформировать определенную ДН либо осуществить ее поворот.

Известен ряд антенных устройств подобного рода.

Антенное устройство с управляемой диаграммой направленности и планарная направленная антенна [1] включает планарные направленные антенны, каждая из которых выполнена в виде диэлектрической пластины, на которой установлен активный элемент антенны. Обращенная к активному элементу поверхность пластины металлизирована и служит рефлектором антенны. Пластины соединены по ребрам так, что образуют боковые грани полого корпуса устройства. Торцовая грань выполнена в виде диэлектрической пластины с металлизированной внешней поверхностью и может также иметь активный элемент антенны. На внутренней поверхности торцовой грани корпуса размещен антенный коммутатор, подключенный к блоку управления коммутатором и соединенный с активными элементами антенн. Активный элемент крепится с помощью штырей, выполненных из тела активного элемента путем его просечки с последующим отгибом.

В [2] реализована шестиэлементная кольцевая антенная решетка (КАР) для системы передачи данных Wi-Fi диапазона с управляемой диаграммой направленности на основе планарных излучателей с плоским экраном, излучение каждого элемента которой перекрывает определенный сектор углов. За счет переключения элементов антенна обеспечивает работу во всех азимутальных направлениях с требуемым коэффициентом усиления (КУ).

«Super Scanner М-119 Electronic Sector-Phased Omni-beam antenna» [3] компании «The antenna specialist со.» представляет собой три диполя, установленных вертикально на одной мачте в разных секторах пространства и переключаемых удаленно коммутирующим устройством на ВЧ-реле. При работе диполи включаются таким образом, что получаются один источник возбуждения и два рефлектора, Таким образом, можно получить переключаемую диаграмму направленности на три направления.

Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому устройству является «Вибраторная антенна с переключаемыми диаграммами направленности» [4], принятая за прототип.

На фиг. 1 представлена схема антенны-прототипа, на фиг. 1a) - вид сверху, фиг. 1б) - вид сбоку), где обозначено:

1.1, 1.2, 1.3 - «тонкие» плечи вибраторов;

7 - цилиндрический экран;

8 - микрополосковая линия (МПЛ).

Антенна-прототип (фиг. 1 а) - вид сверху, и фиг. 1б) - вид сбоку) содержит цилиндрический экран 7, являющийся одним плечом вибратора.

Вторым плечом являются подключаемые при помощи коммутирующих элементов - управляемых замыкателей «тонкие» плечи вибраторов 1.1, 1.2, 1.3. Схема питания построена на основе микрополосковой линии (МПЛ) 8 и управляемых замыкателей (перемычек) на pin-диодах (на фиг. 1 не показаны).

Цилиндрический экран 7 имеет длину образующей около четверти длины волны λ и такой диаметр, что расстояния между плечами вибраторов 1.1, 1.2, 1.3 составляют около 0.3 λ. Электрическое расстояние вдоль МПЛ 8 от центра схемы питания до точек питания плеч вибраторов 1.1, 1.2, 1.3 в которых включены управляемые замыкатели, составляет 0.25 λ.

Если в данный момент времени два замыкателя находятся в состоянии «замкнуто», то на входах соответствующих отрезков МПЛ 8 реализуется режим холостого хода: весь сигнал передается к точке подключения одного активного плеча вибратора. Активное плечо вибратора излучает электромагнитную волну, которая распространяется во всех направлениях. Поскольку расстояния до пассивных в данный момент плеч вибраторов и их длины выбраны определенным образом, переизлученные этими плечами вибраторов волны, складываясь в пространстве с первичной волной, реализуют диаграмму направленности шириной ~120° с одним главным лучом в направлении активного плеча. Делая активным попеременно остальные плечи, можно направлять главный луч в два других положения. Диаграмма направленности в Н-плоскости представлена на фиг. 1в). Обладая возможностью управления ДН, антенна-прототип, а также приведенные выше антенны-аналоги, тем не менее, имеют недостатки.

Поворот ДН в антенне-прототипе производится коммутацией питающих токов в излучающих элементах. Для передающих антенн при больших мощностях передающих устройств питающие токи имеют заметную величину, что приводит к повышенным требованиям к коммутирующим элементам. Кроме того, поскольку при повороте ДН попеременно активными становятся все элементы антенной решетки, то они все требуют согласования с питающей линией.

Задача - снижение токовой нагрузки на коммутирующие элементы, уменьшение количества элементов, подлежащих согласованию с питающей линией.

Предлагаемое устройство поясняется графическими материалами.

На фиг. 1 а) - антенна-прототип, фиг. 1 б) - вид сбоку, фиг. 1 в) - диаграмма направленности антенны-прототипа. На фиг. 2 - предлагаемое антенное устройство, на фиг. 3-7 - зависимости диаграмм направленности для антенных структур из одного активного вибратора и N управляемых пассивных вибраторов.

Для решения поставленной задачи в антенном устройстве с переключаемой диаграммой направленности, содержащем пассивные и активный электрические вибраторы и коммутирующие элементы, согласно изобретению, источником возбуждения является постоянно подключенный к линии питания активный вибратор, окруженный равномерно расположенными на расстоянии 0.25 λ от него N (N=2, 3, …) коммутируемыми пассивными вибраторами длиной 0.5 λ, состоящими из М (М=4, 5, …) коллинеарно расположенных проводников, соединяемых коммутирующими элементами, управляющими диаграммой направленности антенного устройства посредством придания пассивным вибраторам либо свойства рефлектора, либо свойства незаметности для активного вибратора, при этом пассивные вибраторы выполнены с возможностью переключения диаграммы направленности при работающем передающем устройстве, функционирующем со значительными мощностями, причем число разбиений пассивных вибраторов выбирается в зависимости от требуемой степени незаметности их для активного вибратора.

На фиг. 2 изображено предлагаемое антенное устройство, где обозначено:

1 - активный вибратор;

2 - коммутирующие элементы (перемычки);

3 - управляемые пассивные вибраторы.

Коммутирующие элементы (перемычки) 2 в пассивном вибраторе работают синхронно и могут быть реализованы, например, на ВЧ-реле, герконах, pin-диодах.

Функционирование предлагаемого устройства происходит следующим образом.

Если перемычки 2 в пассивном вибраторе 3 замкнуты, то пассивный вибратор представляет собой проводник длиной 0,5 λ, и, в силу того, что он расположен на расстоянии порядка 0,25 λ от активного вибратора, он по отношению к активному вибратору 1 играет роль рефлектора.

При разомкнутых перемычках 2 пассивный элемент 3 распадается на ряд коротких проводников с длиной значительно меньшей рабочей длины волны. Собственная частота резонанса полученных коротких проводников выходит за пределы рабочей частоты антенны, и пассивный вибратор становится, «незаметным» для активного вибратора.

Поскольку токи, наведенные в пассивных вибраторах, имеют значительно меньшую величину токов питания в активном вибраторе 1 -источнике возбуждения - то переключение диаграммы направленности можно производить при работающем передающем устройстве, в том числе при значительных мощностях. Согласованию с питающей линией при такой структуре антенного устройства подлежит только лишь один активный вибратор 1.

Некоторые виды диаграмм направленности в Н-плоскости приведены на фиг. 3-7.

На фиг. 3 приведена диаграмма направленности для разомкнутых перемычек при любом количестве N пассивных вибраторов. Форма диаграммы направленности для данного случая - круговая с КУ = 2.53 дБ.

На фиг. 4 приведена диаграмма направленности для одного активного вибратора и двух пассивных, расположенных друг напротив друга через 180° на расстоянии, причем в одном пассивном вибраторе перемычки замкнуты, в другом - разомкнуты. Диаграмма направленная с КУ = 4.56 дБ.

На фиг. 5 приведена диаграмма направленности для одного активного вибратора и трех пассивных, расположенных равномерно по кругу на расстоянии 0,25 λ от активного вибратора при двух замкнутых пассивных вибраторах и одном разомкнутом. Диаграмма направленная с КУ = 6.56 дБ.

На фиг. 6 приведена диаграмма направленности для одного активного вибратора и четырех пассивных, расположенных равномерно по кругу на расстоянии 0,25 λ от активного вибратора при трех замкнутых пассивных вибраторах и одном разомкнутом. Диаграмма направленная с КУ = 5.98 дБ.

На фиг. 7 приведена диаграмма направленности для одного активного вибратора и четырех пассивных, расположенных равномерно по кругу на расстоянии 0,25 λ от активного вибратора при двух замкнутых пассивных вибраторах и двух разомкнутых. Диаграмма направленная с КУ = 6.55 дБ.

Таким образом, использование структуры антенного устройства, в котором источником возбуждения является постоянно подключенный к линии питания электрический вибратор 1, окруженный равномерно расположенными коммутируемыми пассивными вибраторами 3, позволяет управлять диаграммой направленности включением-выключением наведенных в них токов, в результате чего пассивный вибратор 1 может либо играть роль рефлектора для источника возбуждения, либо быть незаметным для него.

Расстояние между источником возбуждения и пассивными вибраторами порядка 0.25 λ. Число пассивных вибраторов N выбирается в зависимости от требований к ДН и углу ее поворота (N=2, 3, …). Число разбиений пассивных вибраторов М на более короткие части выбирается от четырех и более в зависимости от требуемой степени проявления «незаметности» их для активного вибратора, то есть от степени выраженности эффекта направленности антенного устройства.

По сравнению с прототипом предлагаемое антенное устройство позволяет снизить токовую нагрузку на коммутирующие элементы и уменьшить количество вибраторов, подлежащих согласованию с питающей линией.

Источники информации.

1. Абрамов О.Ю., Кашкаров А.Г., Нагаев Ф.И., Антенное устройство с управляемой диаграммой направленности и планарная направленная антенна, патент 223017, H01Q 1/00 дата подачи заявки 02.12.2002, дата публикации 20.07.2004.

2. Костиков Г.А., Терентьева П.В. Антенная решетка с переключаемой диаграммой направленности для мобильных коммуникационных систем // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2017. №1. С. 29-35.

3. http://radiochief.ru/antenny/antenna- pereklyuchaemoj-diagrammoj-napravlennosti/.

4. Слезкин В.Г., Евенко В.В. Вибраторная антенна с переключаемыми диаграммами направленности. В кн.: 13-я Междунар. конф. КрыМиКо, 2003. Материалы конф. - Севастополь: «Вебер», 2003 - С. 404-405.

Антенное устройство с переключаемой диаграммой направленности, содержащее пассивные и активный электрические вибраторы и коммутирующие элементы, отличающееся тем, что источником возбуждения является постоянно подключенный к линии питания активный вибратор, окруженный равномерно расположенными на расстоянии 0.25 λ от него N (N = 1, 2, …) коммутируемыми пассивными вибраторами длиной 0.5 λ, состоящими из М (М = 4, 5, …) коллинеарно расположенных проводников, соединяемых коммутирующими элементами, управляющими диаграммой направленности антенного устройства посредством придания пассивным вибраторам либо свойства рефлектора, либо свойства незаметности для активного вибратора, при этом пассивные вибраторы выполнены с возможностью переключения диаграммы направленности при работающем передающем устройстве, функционирующем со значительными мощностями, причем число разбиений пассивных вибраторов выбирается в зависимости от требуемой степени незаметности их для активного вибратора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения активных фазированных антенных решеток (АФАР) для систем радиосвязи и радиолокации. Техническим результатом является снижение потерь принимаемого и передаваемого сигналов.

Изобретение относится к области антенной техники, в частности к антеннам с переключаемой диаграммой направленности. Антенна содержит источник излучения, которым является постоянно подключенный к линии питания электрический вибратор, окружённый равномерно расположенными коммутируемыми пассивными вибраторами, причем управление ДН осуществляется включением-выключением наведённых в них токов, в результате чего пассивный вибратор может либо играть роль рефлектора для источника возбуждения, либо быть незаметным для него.

Изобретение относится к антенной технике. Способ установки спутниковой антенны включающий следующие этапы: определение на электронном устройстве (106) информации (401, 402) об ориентировании для использования в спутниковой антенне (101); прием информации о качестве сигнала (SQI) на указанном электронном устройстве (106) от внутреннего блока (103), при этом указанный внутренний блок (103) содержит модем или приемник и соединен со спутниковой антенной (101); ориентирование спутниковой антенны (101) в соответствии с полученной информацией о качестве сигнала (SQI); передача из электронного устройства (106) в центр (110) обработки данных набора информации, подробно описывающей установку спутниковой антенны (101), при этом набор информации содержит по меньшей мере одно изображение (PIC) установленной спутниковой антенны (101), при этом указанное изображение (PIC) получено с помощью электронного устройства (106).

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к преобразовательным приемопередающим модулям (ПППМ), и может быть использовано в радиолокации и системах связи для работы в составе цифровых антенных решеток (ЦАР) с применением технологий цифрового диаграммообразования на передачу и прием, и методов цифровой обработки сигналов.

Изобретение относится к радиолокации. Каждый микроспутник в строго определенные моменты времени выдает или принимает импульсные сигналы при помощи сверхрегенеративного приемопередающего устройства, управляемого бортовым микроконтроллером, причем моменты передачи или приема для каждого микроспутника в зависимости от его координат на орбите индивидуально подбираются таким образом, что только в определенной точке сканируемого пространства сигналы будут синфазны.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат – возможность поддержки антенными блоками множества системных функций.

Изобретение относится к радиолокации. Техническим результатом является эффективное обнаружение затенения антенны транспортного средства.

Изобретение относится к антенной технике, а именно к антенным системам с аппаратно-формируемой диаграммой направленности и электронным управлением лучом, и может быть использовано в мобильных и стационарных средствах связи.

Изобретение относится к приводным механизмам и может быть использовано в качестве приводов антенн, локаторов, телекамер и других устройств, установленных на военной или иной специализированной технике.

Изобретение относится к медицине. Матрица антенн для электрической связи с антенной субмиллиметрового размера, встроенной в офтальмологическое устройство, содержит: основание; первую подложку, поддерживаемую основанием, при этом первая подложка имеет первую форму, выполненную с возможностью взаимодействия с офтальмологическим устройством, имеющим одну или более форм, одна из которых комплементарна первой форме; и одну или более матриц изолированных антенн субмиллиметрового размера, выполненных с возможностью обеспечивать оптимизированную связь ближнего поля между по меньшей мере одной из изолированных антенн субмиллиметрового размера в одной или более матриц и по меньшей мере одной антенной субмиллиметрового размера в офтальмологическом устройстве.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для построения активных фазированных антенных решеток (АФАР) для систем радиосвязи и радиолокации. Техническим результатом является снижение потерь принимаемого и передаваемого сигналов.

Изобретение относится к антенной технике. Технический результат – возможность поддержки антенными блоками множества системных функций.

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к станциям радиорелейной связи. Предложенная станция радиорелейной связи содержит: по меньшей мере два антенных элемента, по меньшей мере два радиочастотных блока, причем каждый радиочастотный блок соединен с по меньшей мере одним антенным элементом, цифровой модем, блок распределения принятого сигнала, блок распределения передаваемого сигнала, модуль управления положением луча, генератор тактового сигнала и систему распределения тактового сигнала, соединенную с генератором тактового сигнала и со всеми радиочастотными блоками, причем каждый радиочастотный блок содержит систему фазовой автоподстройки частоты локального гетеродина, выполненную на основе синтезатора частот с управляемым дробным коэффициентом деления, и элементы с перестраиваемым коэффициентом усиления, а модуль управления положением луча соединён с радиочастотными блоками через управляющие каналы.

Изобретение относится к антенной технике и предназначено для использования в высокоскоростных радиорелейных станциях (РРС), преимущественно миллиметрового диапазона длин волн.

Предложенная группа изобретений относится к антеннам поверхностного рассеяния и способам формирования соответствующих электромагнитных волн. Антенна поверхностного рассеяния содержит соединительную муфту фидера для возбуждения ведомой волны при приеме электромагнитного сигнала из структуры фидера; волновод, выполненный с возможностью распространения указанной ведомой волны; и несколько рассеивающих элементов, распределенных вдоль волновода с межэлементными промежутками, значительно меньшими, чем длина волны в свободном пространстве, соответствующая рабочей частоте антенны, причем указанные несколько рассеивающих элементов имеют: электромагнитные свойства, перенастраивающиеся в ответ на один или несколько внешних входных воздействий, несколько перенастраиваемых индивидуальных электромагнитных откликов на моду указанной ведомой волны в волноводе.

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано для обеспечения высокоскоростных соединений типа «точка-точка» при работе радиорелейных станций в миллиметровом диапазоне длин волн.

Способ динамического изменения приемо-передающих характеристик антенны заключается в том, что осциллятор выполняют в виде трехмерной фигуры с множеством граней и ребер.

Изобретение относится к области телекоммуникационных технологий, а более конкретно - к устройствам для управления плоскими электромагнитными волнами. Технический результат заключается в обеспечении снижения величины управляющего напряжения и вносимых электромагнитных потерь.

Изобретение относится к области радиосвязи, в частности к высокоскоростным соединениям типа «точка-точка» и «точка-многоточка» миллиметрового диапазона длин волн, обеспечиваемым посредством станций радиорелейной (РРС) связи с электронным сканированием луча.

Изобретение относится к области антенной техники и может быть использовано, например, в системах корпоративной, мобильной связи, а также системах связи специального назначения. Антенное устройство с переключаемой диаграммой направленности, содержащее пассивные и активный электрические вибраторы и коммутирующие элементы. При этом источником возбуждения является постоянно подключенный к линии питания активный вибратор, окруженный равномерно расположенными на расстоянии 0.25 λ от него N коммутируемыми пассивными вибраторами длиной 0.5 λ, состоящими из М коллинеарно расположенных проводников, соединяемых коммутирующими элементами, управляющими диаграммой направленности антенного устройства посредством придания пассивным вибраторам либо свойства рефлектора, либо свойства незаметности для активного вибратора, при этом пассивные вибраторы выполнены с возможностью переключения диаграммы направленности при работающем передающем устройстве, функционирующем со значительными мощностями, причем число разбиений пассивных вибраторов выбирается в зависимости от требуемой степени незаметности их для активного вибратора. Технический результат заключается в возможности переключения диаграммы направленности, снижении токовой нагрузки на коммутирующие элементы и уменьшении количества элементов, подлежащих согласованию с питающей линией. 7 ил.

Наверх