Антенная решетка с двойной поляризацией
Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к антенным решеткам и может найти применение в антеннах с двойной поляризацией для базовых станций систем сотовой связи. Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение величины кросс поляризационной составляющей излучаемого электромагнитного поля и увеличение разрешающей способности к выделению сигналов перекрестной поляризации путем применения полосковых конструктивных элементов. Поставленная задача решена со следующими техническими результатами: - излучающие элементы реализованы симметрично, что обеспечивает формирование ортогонально поляризованных полей; - каждая подрешетка, включая распределительные линии, элементы связи и вибраторы, выполнена в виде полосковой детали, что позволяет упростить производство АР. Сущность состоит в том, что решетка содержит первую и вторую подрешетки, каждая из которых закреплена к металлическому основанию - рефлектору через элементы диэлектрического крепления и состоит из полосковых распределительных линий, трансформирующих элементов и одинаковых дугообразных вибраторов, последние из которых образуют излучающие элементы решетки, расположенные над основанием и вдоль продольной осевой линии основания. Излучающие элементы выполнены в виде симметричной фигуры из четырех вибраторов, разделенных между собой диэлектрическими клиньями, причем каждая пара первых противоположных в каждом излучающем элементе вибраторов, ориентированных под определенным углом к осевой продольной линии основания, запитывается синфазно от полосковых распределительных линий первой подрешетки, а каждая пара вторых противоположных в каждом излучающем элементе вибраторов, ориентированных под ортогональным углом к первой паре противоположных вибраторов, запитывается синфазно от полосковых распределительных линий второй подрешетки. Вибраторы, запитываются через вертикальные к основанию трансформирующие элементы, соединяющие каждое
плечо активного элемента вибратора с полосковой распределительной линией, а между основаниями трансформирующих элементов каждого вибратора включен отрезок полосковой линии с электрической длиной равной половине средней длины волны рабочего диапазона.
Полезная модель относится к области радиотехники, в частности к антенным решеткам и может найти применение в антеннах с двойной поляризацией для базовых станций систем сотовой связи.
Известна антенная решетка (АР) с диполями с двойной поляризацией (1), состоящая по крайней мере из одного квадрата диполей, включающего две пары параллельных, размещенных в виде квадрата диполей, укрепленных над основанием - рефлектором через балансные поддержки, и распределительных коаксиальных фидерных линий, из которых каждый, питающий пару параллельных диполей, проходит через отверстие, проделанное в основании - рефлекторе между местами крепления к основанию балансных поддержек каждого квадрата диполей, внутреннюю полую область одной из половин балансной поддержки диполя и подключается к точке питания первого (или второго) из пары параллельных диполей и от этой точки питания последовательно, в виде отрезка кабеля с электрической длиной в одну рабочую длину волны, проходит через полые внутренние области половин балансных поддержек первого (или второго) и второго (или первого) параллельных диполей и подключается к точке питания второго (или первого) параллельного диполя. Для каждого квадрата диполей подключение к распределительной кабельной линии первым первого или второго диполя из каждой пары параллельных диполей производится различным образом.
Недостатком указанной АР является ее сложность, большое количество элементов, в частности отрезков фидерных линий и, как следствие, невысокая технологичность изготовления. Также, большое количество контактных соединений между внутренними проводниками и оболочкой кабелей с одной стороны и вибраторами с другой стороны, осуществляемых пайкой или сваркой, дает большой уровень интермодуляционных искажений.
Наиболее близкой по совокупности признаков к предлагаемому
устройству является АР используемая в антенне с двойной поляризацией для базовой станции (2). Известная АР содержит n излучающих элементов, каждый из которых включает ортогональную пару диполей, плечи каждого диполя имеют форму обратного "L" с элементами вертикальной поддержки, закрепленными на металлическом основании - рефлекторе. Первые диполи из каждой пары, ориентированные относительно продольной оси антенны под одним углом и система питания первых диполей образуют антенную подрешетку с первым углом поляризации, а вторые диполи из каждой пары, ориентированные ортогонально относительно первых диполей, и схема питания вторых диполей образуют антенную подрешетку с другим, ортогональным первому, углом поляризации. Системы питания каждой из подрешеток выполнены в виде полосковых распределительных линий связи, закрепленных к металлическому основанию - рефлектору через диэлектрические зажимы и электромагнитно связанных с элементами вертикальной поддержки вибраторов через симметрирующие элементы, выполненные в форме перевернутого "U".
Подрешетки указанной АР содержат системы питания состоящие из полосковых распределительных линий и симметрирующих элементов. Систему питания каждой подрешетки можно изготовить в виде единой детали, что технологически выгодно. Недостатком данной АР является большая величина кросс поляризационной составляющей электромагнитного поля каждой подрешетки и малая разрешающая способность к выделению сигналов перекрестной поляризации. Это объясняется отсутствием в излучающих элементах при рассмотрении их совместно с элементами электромагнитной связи конструктивной симметрии и наличием собственного излучения и приема электромагнитного поля элементами электромагнитной связи (антенный эффект). Кроме того, для крепления вибраторов к основанию - рефлектору используется технологический процесс холодной сварки, требующий применения специального оборудования и усложняющий процесс изготовления АР в целом.
Технической задачей предлагаемой полезной модели является уменьшение величины кросс поляризационной составляющей излучаемого электромагнитного поля и увеличение разрешающей способности к выделению
сигналов перекрестной поляризации путем применения полосковых конструктивных элементов.
Поставленная задача решена со следующими техническими результатами:
- излучающие элементы реализованы симметрично, что обеспечивает формирование ортогонально поляризованных полей;
- каждая подрешетка, включая распределительные линии, элементы связи и вибраторы, выполнена в виде полосковой детали, что позволяет упростить производство АР.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в антенной решетке, состоящей из первой и второй подрешеток, каждая из которых закреплена к металлическому основанию через элементы диэлектрического крепления и состоит из полосковых распределительных линий и вибраторов, которые образуют не менее одного излучающего элемента расположенного над основанием - рефлектором, излучающие элементы расположены вдоль продольной осевой линии основания и выполнены в виде симметричной фигуры из четырех одинаковых дугообразных вибраторов в виде полосков, разделенных между собой диэлектрическими клиньями, причем каждая пара первых противоположных в каждом излучающем элементе вибраторов, ориентированных под определенным углом к осевой продольной линии основания, запитывается синфазно от полосковых распределительных линий первой подрешетки, а каждая пара вторых противоположных в каждом излучающем элементе вибраторов, ориентированных под ортогональным углом к первой паре противоположных вибраторов, запитывается синфазно от полосковых распределительных линий второй подрешетки, при этом вибраторы, запитываются через вертикальные к основанию трансформирующие элементы в виде полосков, соединяющие каждое плечо вибратора с полосковой распределительной линией, а между основаниями трансформирующих элементов каждого вибратора включен отрезок полосковой линии с электрической длиной равной половине средней длины волны рабочего диапазона.
Предлагаемая полезная модель представлена на чертеже общего вида.
Антенная решетка с двойной поляризацией содержит полосковые распределительные линии 1 первой подрешетки, полосковые распределительные линии 2 второй подрешетки, металлическое основание - рефлектор 3, 2n пар 4 противоположно расположенных вибраторов 5, 4n пар 6 вертикальных трансформирующих элементов, 4n отрезков полосковой линии 7 между основаниями вертикальных трансформирующих элементов, диэлектрические клинья 8 между соседними вибраторами, элементы 9 диэлектрического крепления распределительных линий к основанию, n излучающих элементов 10, части 11 полосковой распределительной линии первой подрешетки, обеспечивающие синфазные сигналы на первых парах противоположных вибраторов, части 12 полосковой распределительной линии второй подрешетки, обеспечивающие синфазные сигналы на вторых парах противоположных вибраторов, продольную ось 13 основания, ось 14 ориентации первых пар вибраторов, ось 15 ориентации вторых пар вибраторов.
На чертеже ось 14 ориентации первых пар вибраторов, вдоль которой формируется электромагнитное поле первой подрешетки, расположена под углом 45° к продольной оси 13 основания. Ось 15 ориентации вторых пар вибраторов расположена под углом минус 45° к продольной оси 13 основания и, при этом, ортогонально к оси 14 ориентации первых пар вибраторов.
Антенная решетка с двойной поляризацией работает следующим образом.
В распределительных линиях 1, 2 первой и второй подрешеток в точках разветвления линий 11.1-11.n и 12.1-12.n создаются амплитудно-фазовые распределения сигналов, обеспечивающие формирование диаграмм направленности первой и второй подрешеток. От указанных точек, сигналы через линии 11.1-ll.n первой подрешетки и 12.1-12.n второй подрешетки подводятся к каждой паре 6 трансформирующих элементов. Сигналы на пары 6 трансформирующих элементов противоположных пар 4 вибраторов каждого излучающего элемента 10.1-10.n подводятся синфазно. Между основаниями каждой пары 6 трансформирующих элементов включены отрезки полосковых линий 7 с электрической длиной равной половине средней длины волны рабочего диапазона. Отрезки полосковых линий 7 формируют сдвиг фазы
сигнала на 180° для возбуждения в противофазе плеч вибраторов 5. Противофазные сигналы через пары 6 трансформирующих элементов поступают на вибраторы 5 и излучаются в пространство. Трансформирующие элементы осуществляют: во первых - согласование сопротивлений полосковых распределительных линий 1, 2 и вибраторов 5; во вторых - вертикальную поддержку вибраторов 5 над основанием 3, которое является рефлектором АР.
Вибраторы 5 излучающих элементов 10 объединяются в симметричную фигуру с помощью диэлектрических клиньев 8, которые, также, изолируют соседние вибраторы 5 между собой. Крепление полосковых распределительных линий 1, 2 к основанию 3 производится через элементы диэлектрического крепления 9.
Положительный результат происходит из симметричной реализации излучающих элементов, подключения вибраторов к распределительным линиям через симметрично размещаемые трансформирующие элементы, синфазного распределения сигнала между противоположными вибраторами каждого излучающего элемента. Распределительные линии, трансформирующие элементы и вибраторы каждой подрешетки выполнены в виде полосковых элементов. Каждая подрешетка, включая распределительные линии, трансформирующие элементы и вибраторы, изготовлена в виде единой детали, что позволяет упростить производство АР. Кроме того, по сравнению с прототипом, при изготовлении АР не используется процесс холодной сварки, что так же упрощает производство АР.
Источники информации
1. Патент США №6819300 В2, МПК Н 01 Q 21/20 2004 г.
2. Патент США №6034649 А, МПК Н 01 Q 9/28 2000 г. (прототип).
Антенная решетка с двойной поляризацией, состоящая из первой и второй подрешеток, каждая из которых закреплена к металлическому основанию - рефлектору через элементы диэлектрического крепления и состоит из полосковых распределительных линий и вибраторов, которые образуют не менее одного излучающего элемента решетки, расположенного над основанием, отличающаяся тем, что излучающие элементы расположены вдоль продольной осевой линии основания и выполнены в виде симметричной фигуры из четырех одинаковых дугообразных вибраторов в виде полосков, разделенных между собой диэлектрическими клиньями, причем каждая пара первых противоположных в каждом излучающем элементе вибраторов, ориентированных под определенным углом к осевой продольной линии основания, запитывается синфазно от полосковых распределительных линий первой подрешетки, а каждая пара вторых противоположных в каждом излучающем элементе вибраторов, ориентированных под ортогональным углом к первой паре противоположных вибраторов, запитывается синфазно от полосковых распределительных линий второй подрешетки, при этом вибраторы запитываются через вертикальные к основанию трансформирующие элементы в виде полосков, соединяющие каждое плечо вибратора с полосковой распределительной линией, а между основаниями трансформирующих элементов каждого вибратора включен отрезок полосковой линии с электрической длиной, равной половине средней длины волны рабочего диапазона.
