Адаптер коллинеарных антенн

Адаптер коллинеарных антенн относится к устройствам для изменения формы диаграммы направленности и коэффициента усиления штатных антенн и может быть использован для улучшения тактико-технических характеристик радиоканальных систем, преимущественно в беспроводных Wi-Fi точках доступа. В целях повышения избирательности по направлению и изменения коэффициента усиления предлагаемый адаптер может быть применен в качестве усовершенствования штатных ненаправленных коллинеарных антенн в беспроводных радиосистемах. Адаптер коллинеарных антенн содержит систему вертикальных пассивных вибраторов и как минимум два директора. Пассивные вибраторы представляют собой рефлектор. Рефлектор выполнен монолитным и общим для всей антенной системы, Директоры выполнены раздельными и расположены на одной вертикальной оси. Директоры с помощью траверс поэтажно прикреплены к рефлектору. Рефлектор одновременно является несущим элементом конструкции адаптера. Адаптер устанавливают на штатную коллинеарную антенну. Рефлектор и директоры могут быть размещены и на диэлектрической поверхности преимущественно цилиндрического стакана. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

Полезная модель относится к устройствам для изменения формы диаграммы направленности и коэффициента усиления коллинеарных антенн и может быть использована для улучшения тактико-технических характеристик радиоканальных систем, преимущественно в беспроводных Wi-Fi точках доступа. В целях повышения избирательности по направлению и изменения коэффициента усиления предлагаемый адаптер может быть применен в качестве усовершенствования штатных ненаправленных коллинеарных антенн в беспроводных радиосистемах.

Известна коллинеарная антенна из трех синфазных полуволновых коаксиальных вибраторов (Вершков М.В., Миротворский О.Б. Судовые антенны. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л., Судостроение, 1990 г., стр.192-194, рис.6.5а) метрового диапазона длин радиоволн. Антенна может быть использована для повышения дальности связи за счет сжатия диаграммы направленности в вертикальной плоскости.

Недостатками известной антенны являются сложность изготовления и эксплуатации из-за многообразия и сложности элементов конструкции и повышенная стоимость изделия.

Известна коллинеарная антенна компании ООО «Фирма Радиал А6 UHF-7 (http://radial.ru/faq/texts/kollinear/) для низкочастотной части дециметрового диапазона длин радиоволн с конструкцией на 11-ти транспозиционных полу волновых элементах для транкинговой радиосвязи.

Известная антенна также имеет усложненную конструкцию и повышенную стоимость.

Известна простая коллинеарная антенна (D-Link ANT24 - 0700) с последовательным питанием и обеспечением синфазности излучающих элементов развязкой через индуктивные вставки для высокочастотной части дециметрового диапазона длин радиоволн, используемого для Wi-Fi беспроводных каналов радиосвязи.

Недостатками известной антенны, как и предыдущих аналогов, являются изотропные диаграммы направленности в горизонтальной плоскости и развал, с отклонением главного лепестка от нормали, в вертикальной плоскости.

Наиболее близким к заявленной полезной модели является Wi-Fi антенный адаптер (Пат. РФ 116277, опубл. 20.05.12). Адаптер-прототип содержит систему вертикальных пассивных вибраторов, представляющих собой рефлектор и как минимум два директора, установленных на отдельных траверсах, снабженных на одном конце кольцами для установки на штатный антенный вибратор с возможностью их поворота. Количество траверс с директорами устанавливается в зависимости от требуемой формы диаграммы направленности и коэффициента усиления. Адаптер для использования крепится к штатной антенне и без гальванической коммутации улучшает ее электрические и технические характеристики.

Недостатками прототипа являются сложности его применения в штатных антенных фазированных системах с повышенным коэффициентом усиления, требующие установки нескольких таких адаптеров для каждого излучающего элемента с последующей сложной комплексной настройкой всей антенной системы.

Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, состоит в упрощении применения адаптера в штатных антенных фазированных системах с повышенным коэффициентом и упрощении комплексной настройки всей антенной системы.

Для достижения указанного технического результата в адаптере коллинеарных антенн, содержащем систему вертикальных пассивных вибраторов, представляющих собой рефлектор, выполненный монолитным, общим для всей антенной системы, как минимум два директора, кратно количеству активных элементов коллинеарной антенны, которые выполнены раздельными, расположенными, как минимум, на одной вертикальной оси. Причем директоры с помощью траверс поэтажно крепят к рефлектору, одновременно являющемуся несущим элементом конструкции адаптера, который устанавливается на штатную коллинеарную антенну. Рефлектор и директоры могут размещаться и на диэлектрической поверхности, преимущественно цилиндрического стакана, являющегося несущей конструкцией, с эксцентриситетом устанавливаемого на штатную коллинеарную антенну.

Благодаря наличию этих признаков с помощью предлагаемого адаптера несложно изменить форму диаграммы направленности коллинеарных антенн с выделением явной направленности при увеличении коэффициента усиления. При этом, в избранном направлении антенна станет работать с повышенным коэффициентом усиления, а в обратном и боковых направлениях, с пониженным коэффициентом усиления, обеспечивая требуемую электромагнитную доступность и адаптацию ее работы с беспроводными устройствами в условиях повышенных помех.

Полезная модель иллюстрируется чертежами, представленными на фиг.1-6.

На фиг.1 представлен схематический вид адаптера коллинеарных антенн с рефлектором, являющимся несущим элементом конструкции, к которому на траверсах поэтажно крепятся директоры, на фиг.2 - диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях при использовании коллинеарной антенны на двух полуволновых элементах, на фиг.3 - диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях без адаптера, на фиг.4 представлен схематический вид адаптера коллинеарных антенн с рефлектором и директорами, размещенными на несущей диэлектрической поверхности цилиндра, с эксцентриситетом, установленного на штатную коллинеарную антенну, на фиг.5 - диаграммы направленности в горизонтальной и вертикальной плоскостях при использовании с коллинеарной антенной, на фиг.6 - диаграммы направленности в диапазоне от 2200 до 2600 МГц.

Адаптер коллинеарных антенн содержит систему вертикальных пассивных вибраторов 1-2, которые представлены одним монолитным рефлектором 1 и директорами 2, расположенными по вертикальным осям 3 на траверсах 5. Траверсы кратны количеству активных элементов 4 коллинеарной антенны А. В случае размещения системы вертикальных вибраторов на диэлектрической поверхности цилиндрического стакана 6, он устанавливается на коллинеарную антенну А с активными элементами 4 с эксцентриситетом 7 относительно оси симметрии 8.

Горизонтальные траверсы 5 для крепления директоров 2 к рефлектору 1, являющемуся несущим элементом конструкции адаптера, могут быть выполнены как из проводникового, так и из диэлектрического материала, так как на работу антенны с вертикальной поляризацией горизонтальные элементы не оказывают влияния при креплении их к директорам в точках нулевого потенциала. Вертикальные вибраторы: рефлектор 1 и директоры 2, размещенные на диэлектрической поверхности цилиндрического стакана 6 могут быть выполнены из цилиндрических проводников или фольги с вплавлением или приклеиванием к поверхности как изнутри, так и снаружи. Размеры рефлектора 1 и директоров 2, а так же расстояние между ними и активными элементами 4 коллинеарной антенны А рассчитывают типовыми, хорошо известными, методами вычислений фазированных решеток из директорных антенн для средней длины волны рабочего диапазона.

Адаптер коллинеарных антенн работает следующим образом.

Аадаптер коллинеарных антенн с рефлектором 1, являющимся несущим элементом конструкции адаптера, крепят к гнезду установки штатной коллинеарной антенны А таким образом, чтобы расстояние его оси по горизонтали от оси полотна антенны соответствовало расчетному для используемого рабочего диапазона частот. Траверсы 5 с директорами 2, располагаемые симметрично точек оси антенны А, устанавливают этажами по высоте на уровнях центров активных элементов 4 коллинеарной антенны А (фиг.1). Таким образом, реализуют фазированную решетку с вертикально расположенными на одной оси классическими линейными структурами типа «волновой канал» на каждом этаже, с подтверждающими электрическими параметрами (фиг.2). При сравнении электрических характеристик антенны с адаптером коллинеарных антенн со штатной коллинеарной антенной (фиг.3), наглядно проявляется выигрыш по усилению около 3dB, то есть практически в 2 раза и выраженная направленность диаграммы. Кроме этого улучшается согласование со снижением КСВ с 1,8 до 1,4. И, как дополнительный положительный эффект, повышается грозозащита, так как с заземлением рефлектора, ввиду того, что он всегда по геометрическим размерам длиннее, а значит и выше, активных элементов и директоров, при его монолитной реализации, становится электрически и механически надежным, возвышающимся над другими элементами антенного устройства, как молниеотвод.

В версиях использования адаптера коллинеарных антенн в беспроводных Wi-Fi системах, где со штатной ненаправленной антенной не обеспечивается нормальная работа точки доступа, а выносная коллинеарная антенна не обеспечивает оптимальной работы всех беспроводных устройств в обслуживаемой зоне, требуется установка дополнительных точек доступа. Приемлемым, пока, нестандартным выходом предлагается внешнюю коллинеарную антенну дополнить адаптером коллинеарных антенн, обеспечивающим необходимую зону перекрытия или повышенную дальность электромагнитной доступности.

Адаптер коллинеарных антенн в версии для беспроводных Wi-Fi систем в виде диэлектрического цилиндрического стакана 6 с эксцентриситетом 7 устанавливают на коллинеарную антенну, из размещенных этажами вдоль вертикальной оси активных элементов 4 (фиг.4). В случае, когда коллинеарная антенна содержит 3 активных элемента 4, то адаптер коллинеарных антенн, содержащий один рефлектор 1 и три этажа по два директора 2 в каждом, при размещении этажей в уровнях активных вибраторов создает классическую фазированную решетку из набора директорных структур типа волновой канал. Таким образом, реализуется направленная антенна с подтверждающими параметрами (фиг.5), обеспечивающая адаптацию беспроводной точки доступа, с комплексом беспроводных радиоустройств в усложненной электромагнитной обстановке.

Изготовлены опытные макеты антенного адаптера коллинеарных антенн для работы с коллинеарной антенной D-Link ANT-24-0700 для средней частоты 2450 МГц, обеспечивающие перекрытие рабочего диапазона от 2200 до 2600 МГц (фиг.6). Оптимальные размеры для версий Wi-Fi диапазона были рассчитаны и уточнены в процессе электронного моделирования в программе MMANA. Полученные практические результаты подтвердили данные электронного моделирования.

1. Адаптер коллинеарных антенн, содержащий систему вертикальных пассивных вибраторов, представляющих собой рефлектор и как минимум два директора, отличающийся тем, что рефлектор выполнен монолитным, общим для всей антенной системы, директоры, кратно количеству активных элементов коллинеарной антенны, выполнены раздельными, расположенными этажами, как минимум, на одной вертикальной оси.

2. Адаптер по п.1, отличающийся тем, что директоры с помощью траверс поэтажно укреплены к рефлектору, являющимся несущим элементом конструкции адаптера, устанавливаемого на коллинеарную антенну.

3. Адаптер по п.1, отличающийся тем, что рефлектор и директоры размещены на диэлектрической поверхности преимущественно цилиндрического стакана, являются несущей конструкцией с эксцентриситетом устанавливаемого на коллинеарную антенну.

РИСУНКИ