Направленная абонентская антенна (варианты)
Полезная модель относится к антенной технике и может быть использована в качестве абонентской антенны сетей беспроводного доступа и сотовой связи. Достигаемым техническим результатом является упрощение конструкции, повышение технологичности производства, повышение КПД антенны, снижение коэффициента отражения от входа антенны, повышение потребительских качеств. Технической задачей заявляемой полезной модели является создание направленной абонентской антенны, имеющей высокую технологичность в производстве, высокий КПД. Указанный технический результат достигается путем выполнения направленной абонентской антенны, состоящей из активного петлевого вибратора, плечи которого выполнены из плоских проводников, по крайне мере из двух пассивных вибраторов, причем один из которых является рефлектором, а остальные директорами, коаксиального входа/выхода, симметрирующего устройства, несущей траверсы, защитного кожуха, причем активный вибратор дополнительно оснащен, по крайне мере, одной перемычкой и одним вспомогательным полигоном, а симметрирующее устройство образованно, по меньшей мере, тремя плоскими Г-образными проводниками, которые соединяют коаксиальный вход/выход и рефлектор с плечами активного вибратора, активный петлевой вибратор выполнен разрезным, причем разрезанная часть активного петлевого вибратора образована, по крайне мере, двумя проводниками 7 и 8, неразрезной частью 5 и перемычками 6, а проводники 5, 7, 8, 9, 10, 11, перемычки 6, 15, 16 и вспомогательные полигоны образуют единую деталь. Антенна может быть дополнительно оснащена упором 19 для соединения двух дополнительных полигонов, а рефлектор выполнен по крайне мере из одной проводящей пластины. Коаксиальный вход/выход, закреплен на рефлекторе в точке нулевого потенциала. 2 н.з.п.ф, 5 з.п.ф., 5 илл.
Группа полезных моделей относится к антенной технике и может быть использована в качестве абонентской антенны сетей беспроводного доступа и сотовой связи.
Из существующего уровня техники известна антенна «Yagi» 
US 6307524 от 18.01.2000, содержащая печатную плату, активный элемент выполненный печатным способом на плате, печатные директоры и рефлектор, микрополосковую линию передачи и коаксиальный кабель. Коаксиальный кабель питает активный элемент через микрополосковую линию передачи. Кроме того, расстояния между активным элементом и остальными пассивными элементами выбраны так, что достигается оптимальный баланс между коэффициентом усиления и повторяемостью при производстве антенны. Печатная антенна обладает частично свернутым, проводящим элементом, имеющим форму J, который заземлен в средней точке активного элемента. Описываемая конфигурация позволяет прикреплять коаксиальный кабель непосредственно к микрополосковой линии передачи без использования симметрирующего устройства.
Недостатком данной антенны является наличие диэлектрической подложки несущей на себе элементы антенны, вследствие чего снижается КПД антенны.
Также известна рамочная антенна 2174272 от 06.07.1999 (опубликована 27.09.2001), содержащая рефлектор, вибратор и директоры, которые установлены соосно-последовательно на общей диэлектрической штанге, изолированно друг от друга, рефлектор, вибратор и директоры выполнены в виде сгруппированных пар рамочных элементов, соединенных между собой, а каждый из рамочных элементов содержит в плоскости его внутренних габаритов L-шунты, определяющие симметрирование и согласование. Рефлектор содержит длинные линии, соединяющие синфазно средние точки L-шунтов с участками пучности тока в каждом из рамочных элементов, при этом рамочные элементы вибратора соединены последовательно, а рамочные элементы рефлектора и директоров соединены параллельно.
Недостатками данной антенны являются:
- высокая сложность конструкции за счет использования сложных вибраторов;
- отсутствие симметрирующего устройства, L-шунты не могут обеспечивать симметрирование в достаточном объеме;
- использование диэлектрической траверсы, которая является несущей, вследствие чего происходит усложнение конструкции.
Наиболее близким по технической сущности является антенна «Yagi-Uda», описанная в патенте «One-piece Yagi-Uda antenna and process for making the same» US 6483476 от 07.12.2000, представляющая собой многоэлементную антенну, состоящую из массива директоров, рефлектора, несущей траверсы и петлевого вибратора, являющегося активным, при этом все элементы изготовлены из цельного листа металла. Петлевой активный элемент антенны образован сгибанием концов активного элемента в процессе штамповки или на отдельной стадии гибки. В альтернативном варианте осуществления изобретения, траверса антенны выполнена достаточной длиной, чтобы оперативно подключить к ней обтекатель. Недостатками данного технического решения являются отсутствие симметрирующего устройства в составе антенны, что приводит к затеканию ВЧ-тока на оплетку коаксиального кабеля, и как следствие - искажению диаграммы направленности.
Задача, на решение которой направлена заявляемая группа полезных моделей, является создание направленной абонентской антенны, имеющей высокую технологичность в производстве.
Технический результат - упрощение конструкции, повышение технологичности производства.
Указанные технические результаты достигаются путем выполнения направленной абонентской антенны, состоящей из активного петлевого вибратора, плечи которого выполнены из плоских проводников, по крайне мере из двух пассивных вибраторов, причем один из которых является рефлектором, а остальные директорами, коаксиального входа/выхода, симметрирующего устройства, несущей траверсы, защитного кожуха, причем активный вибратор дополнительно оснащен, по крайне мере, одной перемычкой и одним вспомогательным полигоном, а проводники, перемычки, вспомогательные полигоны активного вибратора, а также Г-образные проводники, вспомогательные полигоны и перемычки симметрирующего устройства, образуют единую деталь. Симметрирующее устройство образованно, по меньшей мере, тремя плоскими Г-образными проводниками, которые соединяют коаксиальный вход/выход и рефлектор с плечами активного вибратора. Антенна может быть дополнительно оснащена упором для соединения двух дополнительных полигонов. Рефлектор может быть выполнен, по крайне мере, из одной проводящей пластины, а коаксиальный вход/выход, закреплен на рефлекторе в точке нулевого потенциала.
Деталь, образованная проводниками, перемычками, вспомогательными полигонами активного вибратора, а также Г-образными проводниками, вспомогательными полигонами и перемычками симметрирующего устройства, изготавливается из листового металла с последующей гибкой для формирования требуемого положения всех элементов.
Во втором варианте исполнения направленной абонентской антенны технический результат достигается путем выполнения траверсы и директоров в виде плоских проводников, а траверса, директоры, проводники и перемычки активного вибратора, Г-образные проводники и вспомогательные полигоны симетрирующего устройства образуют единую целую деталь.
Деталь, образованная траверсой, директорами, проводниками и перемычками активного вибратора, Г-образными проводниками и вспомогательными полигонами симетрирующего устройства, изготавливается из листового металла с последующей гибкой для формирования требуемого положения всех элементов, а рефлектор изготавливается отдельно из листа металла идентичным способом обработки.
Сущность полезной модели поясняется следующими рисунками:
Фигура 1 - общий вид антенны, где:
1 - рефлектор;
2 - несущая траверса;
3 - коаксиальный вход выход;
4 - директоры;
5 - неразрезанная часть петлевого вибратора (проводник);
6 - перемычка (проводник);
7, 8 - плечи разрезанной части петлевого вибратора (проводники);
9, 10, 11 - проводники симметрирующего устройства;
12, 13 - вспомогательные полигоны.
14 - центральный контакт коаксиального входа/выхода;
Фигура 2 - часть антенны, изображенная в изометрии, где:
1 - рефлектор;
5 - неразрезанная часть петлевого вибратора;
6 - перемычка;
7, 8 - плечи разрезанной части петлевого вибратора;
9, 10, 11 - проводники симметрирующего устройства;
12, 13 - вспомогательные полигоны.
Фигура 3 - заготовка детали антенны, полученная в результате объединения элементов симметрирующего устройства и петлевого вибратора, где:
5 - неразрезанная часть петлевого вибратора;
6, 15, 16 - перемычки;
7, 8 - плечи разрезанной части петлевого вибратора;
9, 10, 11 - проводники симметрирующего устройства;
12, 13, - вспомогательные полигоны.
Фигура 4 - вариант заготовки детали антенны, полученной в результате объединения элементов симметрирующего устройства и петлевого вибратора, где:
5 - неразрезанная часть петлевого вибратора;
6, 15, 16 - перемычки;
7, 8 - плечи разрезанной части петлевого вибратора;
9, 10, 11 - проводники симметрирующего устройства;
12, 13, 17, 18, 20 - вспомогательные полигоны;
19 - упор.
Фигура 5 - вариант заготовки детали антенны (относится ко второму варианту исполнения направленной абонентской антенны)
2 - несущая траверса
4 - директоры
5 - неразрезанная часть петлевого вибратора (проводник);
6, 15, 16 - перемычки
7, 8 - плечи разрезанной части петлевого вибратора;
9, 10, 11 - проводники симметрирующего устройства;
12, 13, 17, 18, 20 - вспомогательные полигоны;
19 - упор.
Первый вариант исполнения направленной абонентской антенны состоит из рефлектора 1, несущей траверсы 2, коаксиального входа/выхода 3, нескольких директоров 4, петлевого вибратора (на фигурах не выделен), симметрирующего устройства (на фигурах не выделено) и защитного диэлектрического кожуха (на фигурах не показан). Разрезанная часть петлевого вибратора образована проводниками 7 и 8 и соединена с неразрезанной частью 5 при помощи перемычек 6. Активный вибратор прикрепляется к траверсе 2 за центр проводника 5, в точке нулевого потенциала. К разрезанной части активного вибратора подключены Г-образные проводники симметрирующего устройства, при этом проводники 9, 11 одними концами подключены к проводникам 7, 8 через перемычки 16, 15 соответственно, а другими концами скреплены с рефлектором 1 через вспомогательные полигоны 12, 13 и имеют с ним электрический контакт. Проводник 10 одним концом соединен с проводником 7 активного вибратора через перемычку 15, а другим концом соединен с центральным контактом 14 коаксиального входа/выхода 3 посредством пайки или сварки.
Рефлектор, активный вибратор и симметрирующее устройство выполнены из листового металла с одинаковым способом обработки.
Особенностью конструкции направленной абонентской антенны, является то, что проводники 5, 7, 8, перемычки 6, 15, 16, проводники 9, 10, 11, вспомогательные полигоны 12 и 13 образуют одну целую деталь, изготавливаемую из листового металла методом штамповки или резки с последующей гибкой для формирования требуемого положения всех указанных элементов. В деталь, объединяющую элементы активного вибратора и симметрирующего устройства, могут быть добавлены дополнительно вспомогательные полигоны 17, 18, 20 и упор 19, при этом после формовки всей детали полигон 17 становится параллельным одной грани траверсы 2 и закрепляется к ней, а полигоны 18 и 20, разнесенные упором 19, отгибаются в плоскость рефлектора 1 и фиксируют его в двух дополнительных точках.
Второй вариант исполнения направленной абонентской антенны состоит из рефлектора 1, несущей траверсы 2, коаксиального входа/выхода 3, директоров 4, петлевого вибратора (на фигурах не выделен), симметрирующего устройства (на фигурах не выделен) и защитного диэлектрического кожуха (на фигурах не показан). Разрезанная часть петлевого вибратора образована проводниками 7 и 8 и соединена с неразрезанной частью 5 при помощи перемычек 6. Активный вибратор соединен с траверсой 2 за центр проводника 5, в точке нулевого потенциала и перпендикулярен ей. К разрезанной части активного вибратора подключены Г-образные проводники симметрирующего устройства, при этом проводники 9, 11 одними концами подключены к проводникам 7, 8 через перемычки 16, 15 соответственно, а другими концами соединены с вспомогательными полигонами 12, 13. Проводник 10 одним концом соединен с проводником 7 активного вибратора через перемычку 15. Траверса и директоры, выполненные в виде плоских проводников, проводники активного вибратора, Г-образные проводники, вспомогательные полигоны и перемычки объединены в отдельную целую деталь, изготавливаемую из листового металла с последующей гибкой для формирования требуемого положения всех элементов, при котором проводники 7 и 8, перемычки 16, 15 находятся в плоскости параллельной плоскости проводника 5, а перемычки 6 в ортогональных ей плоскостях и параллельно друг другу, Г-образные проводники 9, 10, 11 параллельны перемычкам 6, а вспомогательные полигоны 12, 13 ортогональны им и параллельны плоскости рефлектора в месте соединения, полигон 17 становится продолжением траверсы 2 и расположен с ней в одной плоскости, а полигоны 18 и 20, разнесенные упором 19, отгибаются в плоскость рефлектора 1 и фиксируют его в двух дополнительных точках. Рефлектор 1 изготавливается отдельно из листа металла идентичным способом обработки и располагается в плоскости перпендикулярной траверсе 2. Полигоны 12, 13 скрепляются с рефлектором 1, к рефлектору прикрепляется коаксиальный вход/выход 3, центральный контакт 14 которого соединяется со свободным концом Г-образного проводника 10 посредством пайки или сварки.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод, что заявляемая группа полезных моделей характеризует новые конструктивные решения, совокупность признаков которых не известна из уровня техники, следовательно, заявляемые устройства соответствует критерию «новизна».
Направленная абонентская антенна работает следующим образом:
При подаче ВЧ-сигнала на полосковую линию передачи, образованную проводниками 10 и 11 симметрирующего устройства через коаксиальный вход/выход 3 активный вибратор возбуждается и формирует вокруг себя электромагнитное поле. В пассивных вибраторах, находящиеся в непосредственной близости, возникает ЭДС, пассивные вибраторы возбуждаются и формируют вокруг себя собственные поля. Соотношения между амплитудами и фазами полей вибраторов таковы, что антенна излучает электромагнитную энергию преимущественно в одном направлении (в положительном направлении оси 0Z). Активный вибратор представляет собой - петлевой вибратор Пистолькорса, симметрирующее устройство представляет собой короткозамкнутый мостик, плечами которого являются проводники 9 и 11. Согласование антенны с коаксиальной линией передачи, осуществляется за счет подбора волнового сопротивления и электрической длины полосковой линии передачи симметрирующего устройства, а также за счет подбора геометрических размеров петлевого вибратора.
Предлагаемая конструкция направленной абонентской антенны может быть изготовлена с использованием известных в технике конструктивных деталей с использованием известных технологий. Возможность промышленного использования заявленных устройств позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость».
Описанные варианты конструкций позволили получить следующие основные характеристики при реализации антенны в диапазоне частот 1920÷2180 МГц:
- коэффициент стоячей волны (КСВ) по входу антенны в вариантах согласовании с коаксиальными линией 50 Ом или 75 Ом не более 1,5;
- коэффициент усиления в указанном диапазоне частот 15,0÷17,0 дБ по отношению к изотропному излучателю;
- уровень бокового излучения не более - 12 дБ;
- размеры антенны 850 мм*93 мм*63 мм.
1. Направленная абонентская антенна, состоящая из активного петлевого вибратора, плечи которого выполнены из плоских проводников, по крайне мере из двух пассивных вибраторов, причем один из которых является рефлектором, а остальные директорами, коаксиального входа/выхода, симметрирующего устройства, несущей траверсы, защитного кожуха, отличающаяся тем, что активный петлевой вибратор дополнительно оснащен, по крайне мере, одной перемычкой и одним вспомогательным полигоном, а проводники, перемычки, вспомогательные полигоны активного вибратора, а также Г-образные проводники, вспомогательные полигоны и перемычки симметрирующего устройства образуют единую деталь.
2. Направленная абонентская антенна по п.1, отличающаяся тем, что симметрирующее устройство образованно, по меньшей мере, тремя плоскими Г-образными проводниками, которые соединяют коаксиальный вход/выход и рефлектор с плечами активного вибратора.
3. Направленная абонентская антенна по п.1, отличающаяся тем, что коаксиальный вход/выход закреплен на рефлекторе в точке нулевого потенциала.
4. Направленная абонентская антенна по п.1, отличающаяся тем, что рефлектор выполнен, по крайне мере, из одной проводящей пластины.
5. Направленная абонентская антенна по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно оснащена упором для соединения двух дополнительных полигонов.
6. Направленная абонентская антенна по п.1, отличающаяся тем, что один из вспомогательных полигонов расположен параллельно траверсе.
7. Направленная абонентская антенна, состоящая из активного петлевого вибратора, плечи которого выполнены из плоских проводников, по крайне мере из двух пассивных вибраторов, причем один из которых является рефлектором, а остальные директорами, коаксиального входа/выхода, симметрирующего устройства, несущей траверсы, защитного кожуха, отличающаяся тем, что активный петлевой вибратор дополнительно оснащен, по крайне мере, одной перемычкой и одним вспомогательным полигоном, а траверса, директоры, проводники и перемычки активного вибратора, Г-образные проводники и вспомогательные полигоны симметрирующего устройства образуют единую целую деталь.
8. Направленная абонентская антенна по п.2, отличающаяся тем, что симметрирующее устройство образованно, по меньшей мере, тремя плоскими Г-образными проводниками, которые соединяют коаксиальный вход/выход и рефлектор с плечами активного вибратора.
9. Направленная абонентская антенна по п.2, отличающаяся тем, что коаксиальный вход/выход закреплен на рефлекторе в точке нулевого потенциала.
10. Направленная абонентская антенна по п.2, отличающаяся тем, что рефлектор выполнен, по крайне мере, из одной проводящей пластины.
