Антенна для usb модемов широкополосного доступа

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в системах радиосвязи, мобильного широкополосного доступа. Создание устройства имеет целью решение задач повышения помехозащищенности и устойчивости приема-передачи радиосигналов и, как следствие, скорости приема-передачи информации в т.ч. в сетях 3-го, 4-го поколения, LTE, WiFi, WiMax и т.п. при использовании радиомодема со встроенной антенной. Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в создании простой, надежной и компактной конструкции, обеспечивающей усиление в широкой полосе частот радиосигнала принимаемых радиомодемами со встроенной антенной, цифровой выход которых подключен к компьютеру или другому устройству обработки информации. Поставленная задача решена следующим образом: в конструкцию антенны для модемов, содержащую вибратор, рефлектор и радиомодем со встроенной антенной, сигнал от которого в цифровом виде передается в компьютер, внесены изменения. Активный вибратор выполнен в виде двойной рамочной антенны (также известной, как антенна Харченко). К входу питания двойной рамочной антенны подключен согласованный по волновому сопротивлению вход питания ретранслирующей электрически малой антенны (ЭМА) с вибраторами рекурсивной геометрии, например, фрактальной прямоугольной ломаной. Модем устанавливается в фиксированное положение в зоне излучения ретранслирующей антенны, у ближней границы зоны. 7 п.ф., 3 рис.

Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в системах радиосвязи, мобильного широкополосного доступа для повышения помехозащищенности и устойчивости приема-передачи радиосигналов и, как следствие, скорости приема-передачи информации, в т.ч. в сетях 3-го и 4-го поколения LTE, WiFi, WiMax и т.п.

Известны устройства для решения тех же задач. Например, в статье Алексея Гаранжа «Собираем антенну для 3G-модема» (см. http://www.mobimag.ru/Articles/4965/Sobiraemantennudlya_3G-modema.htm) предложена конструкция, в которой для усиления сигнала используется антенна Харченко с рефлектором, соединенная с антенной модема либо индуктивной связью, либо на принципе "антенна-антенна" или переизлучения (ретрансляции) сигнала с антенны модема на антенну адаптера и обратно.

В патенте на полезную модель 103052 от 16.06.2010 г.предложено устройство для беспроводной связи, содержащее активный излучающий элемент, пассивный элемент и USB-кабель, причем активным излучающим элементом является интегрированный радиомодем с его встроенными приемопередатчиком и приемопередающей антенной, причем интегрированный радиомодем размещен в устройстве таким образом, чтобы совместно с пассивным элементом они формировали диаграмму направленности, необходимую для поступления максимального сигнала на встроенную приемопередающую антенну радиомодема, при этом радиомодем соединен с оконечным оборудованием с помощью USB-кабеля.

Патент на полезную модель 117242 от 23.01.2012 г. защищает устройство передачи ВЧ сигнала в виде резонансного элемента, в который помещено мобильное устройство со своей внутренней антенной, и в котором выполнен коаксиальный ВЧ выход для передачи сигнала.

Наиболее близким решением к предлагаемой конструкции антенны для модемов можно считать антенну, приведенную в патенте на полезную модель 108222 от 26.04.2011 г.

Прототип конструктивно выполнен в виде антенны типа «волновой канал» или любой другой, состоящей из ряда вибраторов - рефлекторов, директоров, в которой вместо активного вибратора установлен USB радиомодем со встроенной антенной, сигнал от которого передается в цифровом виде в компьютер, а рефлекторы и директоры усиливают принимаемый модемом сигнал. Коэффициент усиления антенны зависит от количества и расположения рефлекторов и директоров. В упрощенном варианте может быть установлен, например, только директор или только рефлектор.

Недостатком антенны в упрощенном варианте, например, только с рефлектором, является небольшой коэффициент усиления. Добавление директора повышает коэффициент усиления в двухэлементной антенне примерно на 2 дБ. Дипольная антенна типа «волновой канал» с рефлектором и одним директором имеет коэффициент усиления около 6 дБ в полосе частот

где fмакс и fмин - верхняя и нижняя частоты рабочей полосы [1]. Можно увеличивать коэффициент усиления антенны за счет увеличения числа директоров, но при этом сужается полоса рабочих частот, увеличиваются габариты антенны. Кроме того, если антенна содержит более трех элементов, появляется необходимость настройки.

Задача, для решения которой предложена заявляемая полезная модель, заключается в повышении усиления сигнала в расширенной полосе частот, а также упрощение конструкции.

Поставленная задача решена следующим образом.

В конструкцию антенны для модемов, содержащую вибратор, рефлектор и радиомодем со встроенной антенной, сигнал от которого в цифровом виде передается в компьютер, внесены изменения. Активный вибратор выполнен в виде двойной рамочной антенны (также известной, как антенна Харченко) [2]. К входу питания двойной рамочной антенны подключен согласованный по волновому сопротивлению вход питания ретранслирующей электрически малой антенны (ЭМА) [3] с вибраторами рекурсивной геометрии, например, фрактальной прямоугольной ломаной [4]. Модем устанавливается в фиксированное положение в зоне излучения ретранслирующей антенны, у ближней границы зоны [5].

Предлагаемая конструкция позволяет повысить коэффициент усиления антенны и расширить полосу рабочих частот.Введение новых элементов конструкции позволило также сократить ее размеры, повысить надежность и прочность.

Полезная модель поясняется рисунками:

на фиг.1 представлен общий вид антенны без защитно-декоративного корпуса,

на фиг.2 представлен общий вид антенны в защитно-декоративном корпусе,

на фиг.3 представлено расположение элементов антенны внутри защитно-декоративного корпуса.

Антенна содержит рефлектор 1 (фиг.1), выполненный из листового металла, двойную рамочную антенну 2 и ретранслирующую электрически малую антенну с вибраторами 3 (6 штук) фрактальной прямоугольной ломаной конструкции. Двойная рамочная 2 и ретранслирующая 3 антенны выполнены на общей плате 4 из фольгированного стеклотекстолита. Радиомодем 5 со встроенной антенной установлен в зоне излучения вибраторов 3 ретранслирующей антенны у ближней границы зоны и подключен через USB разъем 6, печатную плату 7 и USB разъем 8 к USB удлинителю 9 для подсоединения к компьютеру. Корпус 10 и крышка 11 (фиг.2), выполненные из пластика и соединенные с помощью защелок, образуют защитный корпус антенны, внутри которого размещены и закреплены все составляющие элементы. Рефлектор 1 крепится в пластмассовой крышке 11 на защелках (фиг.3). Плата 4 из фольгированного стеклотекстолита крепится к корпусу 10 на термозаклепках. USB разъемы 6 и 8 смонтированы на печатной плате 7, которая вставлена в направляющие пазы внутри корпуса 10 и закреплена саморезами.

Предлагаемая конструкция имеет следующие преимущества:

- коэффициент усиления антенны не менее, чем на 2-2,5 дБ выше (с учетом потерь на переизлучение),

- полоса рабочих частот на 30-35% шире,

- габариты меньше по сравнению с трех элементной антенной «волновой канал»,

- все элементы размещены внутри компактного декоративно-защитного корпуса, выполненного из прочного пластика, что обеспечивает удобство и надежность при эксплуатации.

Список литературы.

1. Князев, Б. Медников, Л. Андреева. Широкодиапазонная телевизионная приемная антенна. Радио 2, 1973.

2. Григоров И.Н. Практические конструкции антенн, Москва, 2000.

3. В. Слюсар. Фрактальные антенны. Электроника: НТБ, 5 2007.

4. В. Слюсар. Фрактальные антенны, часть 2. Электроника: НТБ, 6 2007.

5. Д. Гололобов, В. Кирильчук, О. Юрцев. Распространение радиоволн и антенно-фидерные устройства. Методическое пособие. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники. Минск, 2006.

1. Антенна для USB модемов широкополосного доступа, состоящая из вибратора, рефлектора, радиомодема со встроенной антенной, USB кабеля для подсоединения к компьютеру, отличающаяся тем, что в качестве активного вибратора установлена двойная рамочная антенна, к входу питания которой подключен согласованный вход питания ретранслирующей антенны, а радиомодем установлен в зоне излучения ретранслирующей антенны и через переходную колодку подключен к USB кабелю для подсоединения к компьютеру.

2. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что ретранслирующая антенна выполнена электрически малой, с рекурсивной геометрией.

3. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что рефлектор выполнен из листового металла.

4. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что двойная рамочная и ретранслирующая антенны выполнены на общей плате из фольгированного стеклотекстолита.

5. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что она размещена внутри корпуса с крышкой, которые выполнены из пластика и соединены с помощью защелок.

6. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что оба USB разъема закреплены на общей печатной плате, которая вставлена в направляющие пазы внутри корпуса и закреплена саморезами.

7. Антенна по п.1, отличающаяся тем, что рефлектор закреплен в крышке на защелках.