Реализация методики проектирования многочастотных многовходовых антенных систем для линейных радиоцентров профессиональных сетей подвижной радиосвязи
- Авторы: Дорощенко И.В1
-
Учреждения:
- Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики
- Выпуск: Том 17, № 3 (2019)
- Страницы: 331-336
- Раздел: Статьи
- URL: https://journals.eco-vector.com/2073-3909/article/view/56448
- DOI: https://doi.org/10.18469/ikt.2019.17.3.10
- ID: 56448
Цитировать
Полный текст
Аннотация
На основе анализа требований к современным сетям подвижной радиосвязи разработана методики проектирования многочастотных многовходовых антенных систем для линейных радиоцентров, включающая выбор варианта реализации, разработку излучающей системы, разработку диаграммообразующей схемы и согласующего устройства. С использованием данной методики осуществлено проектирование антенной системы, состоящей из двух ярусов кольцевой антенной решетки с антенными элементами типа логопериодической антенны, синтезированными для различных поддиапазонов. Выполнены экспериментальные исследования макетов многочастотных излучателей для многовходовых антенных систем линейных радиоцентров. Полученные результаты экспериментальных исследований макета позволяют сделать вывод о соответствии характеристик антенной решетки, спроектированной с использованием представленной методики, заданным техническим требованиям, что, в свою очередь, свидетельствует о работоспособности методики проектирования многочастотных многовходовых антенных систем.
Полный текст
Системы и средства подвижной радиосвязи (СПРС) и радиодоступа являются важной неотъемлемой составной частью современных телекоммуникаций. Они обеспечивают радиосвязь с подвижными абонентами (и/или объектами и субъектами управления и контроля) и передачу информации самого различного вида и структуры, включая речь, мультимедиа, данные контроля (мониторинга), команды управления процессами и т. п. [1]. В настоящее время наиболее перспективным вариантом антенно-фидерных устройств (АФУ) линейных радиоцентров (ЛРЦ) СПРС являются многовходовые многочастотные антенные системы. К таким АФУ предъявляется ряд требований, среди которых можно выделить следующие: - обслуживание значительных по площади территорий; - обеспечение близкой к круговой диаграмме направленности (ДН) в азимутальной плоскости; - обеспечение достаточно узкой, с высоким КНД, ДН в меридиональной плоскости; - обеспечение многочастотности (многодиапазонности, широкополосности) системы. Выполнение первого требования возможно путем размещения антенных систем на достаточно высоких специализированных или приспособленных сооружениях. Для реализации следующих двух требований наилучшим образом подходят антенные системы в виде кольцевых антенных решеток (КАР) [2]. При этом повышение КНД обычно достигается за счет вертикального развития КАР (многоэтажность). Что же касается последнего требования, то для его выполнения в качестве излучателей для КАР необходимо использовать соответствующие широкополосные и/ или многополосные антенны. Еще одной современной тенденцией в данной области является обеспечение унификации составных частей, блоков и узлов АФУ СПРС различной канальной емкости и различных условий размещения АФУ. Аналогичные по принципу работы КАР могут отличаться количеством этажей и числом излучателей в этаже. Предполагается целесообразной унификация конструкции излучателя (для всех КАР данного диапазона), а также элементной базы и конструкции диаграммообразующей схемы (ДОС), в том числе с обеспечением возможности масштабирования, то есть реализации требуемой канальной емкости путем использования соответствующего числа однотипных элементов, узлов и блоков. В зависимости от диапазона и требуемой широкополосности излучатели в составе КАР могут быть различными: вибраторы с рефлектором, плоские симметричные вибраторы с рефлекторами; логопериодические антенны (ЛПА); спиральные антенны с рефлекторами; полосковые антенны. С точки зрения обеспечения широкополосности (многодиапазонности) излучателей КАР наиболее перспективными представляются следующие направления [3; 4]: - использование совмещенных КАР (с чередующимися излучателями различных диапазонов) на основе ЛПА; - использование излучателей КАР в виде ЛПА с изогнутой траверсой; - использование фрактальных антенн. Немаловажным требованием к перспективным антенным системам подвижной радиосвязи является обеспечение работы на нескольких частотах (требование многочастотности), поскольку современные тенденции накладывают требования к передаче в таких сетях не только текстовых сообщений или телефонии, но и также видеоданных и другой мультимедийной информации, причем с заданным качеством обслуживания, что предполагает гибкое использование выделенного частотного ресурса. В связи с этим возникает необходимость в разработке антенн, работающих на нескольких частотах, в том числе обеспечивающих (при необходимости) возможность приема и излучения волн нескольких поляризаций (линейных вертикальной и горизонтальной, левой и правой круговой) (рисунок 1). Рисунок 1. Блок-схема методики проектирования многочастотных многовходовых антенных решеток Рисунок 2. Внешний вид многодиапазонной широкополосной антенной системы Рисунок 3. График частотной зависимости импеданса Рисунок 4. График частотной зависимости КСВН большой ЛПА в составе решетки Рисунок 5. График частотной зависимости импеданса малой ЛПА в составе решетки Рисунок 6. График частотной зависимости КСВН малой ЛПА в составе решетки Методика проектирования многочастотных многовходовых антенных систем На основе проведенных теоретических и практических исследований была разработана методика проектирования многочастотных многовходовых антенных решеток. На рисунке 1 приведена укрупненная блоксхема предлагаемой методики. Синтез антенной решетки начинается с анализа требований к широкополосности (многополосности) АФУ, а также требований к характеристикам направленности. По результатам данного анализа осуществляются выбор типа антенного элемента, обоснование их количества и топологии антенной решетки. Так, если требуется организация широкополосных каналов связи, необходимо использовать широкополосные антенные элементы, например ЛПА и др. Однако в ряде случаев при организации нескольких каналов, не требующих высокой широкополосности, целесообразно использовать систему резонансных излучателей, настроенных на определенные частоты поддиапазонов. Взаимное расположение антенных элементов определяется в соответствии с требованиями к диаграмме направленности для каждого канала связи, а также в соответствии с требованиями к поляризационным характеристикам АФУ. Однако взаимное влияние антенных элементов в составе антенной решетки приводит к изменению частотных характеристик антенной системы [5]. В связи с этим выбранную конфигурацию и геометрические параметры АФУ следует использовать в качестве первоначального приближения, с последующей параметрической оптимизацией для достижения требуемых характеристик антенной решетки в целом [6]. В случае удовлетворительного исхода проведенной параметрической оптимизации на основании требований к ДН осуществляется синтез ДОС (например, в виде широкополосной матрицы Батлера [7]). Практическая реализация С использованием представленной методики была спроектирована и реализована двухдиапазонная широкополосная КАР с возможностью оперативного изменения ДН. В данной КАР излучатели равномерно расположены на цилиндрической опоре. В качестве излучателей используются ЛПА вертикальной поляризации двух частотных диапазонов - низкочастотного (900 МГц) и высокочастотного (1800 МГц), раз мещенные на опоре поочередно и подключенные к частотно-разделительным устройствам [8; 9], обеспечивающим разделение низкочастотного и высокочастотного диапазонов, имеющим каждое один вход и два выхода, так что к выходам каждого частотно-разделительного устройства подключены соответствующие входы двух смежных излучателей (один из состава верхней решетки, второй - из нижней), а входы частотно-разделительных устройств образуют входы решетки [10]. На рисунке 2 представлен общий вид разработанного АФУ. Для устранения влияния внешних факторов окружающей среды антенна закрыта радиопрозрачным защитным кожухом. Были проведены экспериментальные исследования составных частей спроектированной антенной системы. На рисунке 3 приведены результаты измерений входного импеданса большой ЛПА в составе решетки. На рисунке 4 изображен график частотной зависимости КСВН в тракте данного антенного элемента. На рисунках 5 и 6 приведены аналогичные характеристики для малой ЛПА в составе решетки для соответствующего поддиапазона. Заключение Полученные результаты экспериментальных исследований макета позволяют сделать вывод о соответствии характеристик АФУ, спроектированного с использованием представленной методики, заданным техническим требованиям.×
Об авторах
И. В Дорощенко
Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатикиСамара, РФ
Список литературы
- Веселовский К. Системы подвижной радиосвязи. М.: Горячая линия - Телеком, 2006. 536 с.
- Хансен Р.С. Фазированные антенные решетки. М.: Техносфера, 2012. 560 с.
- Варианты построения многочастотных многовходовых антенных решеток линейных станций подвижной радиосвязи / М.А. Бузова [и др.] // Радиотехника. 2018. № 4. С. 108-113.
- Дорощенко И.В., Салдаев С.В. Многочастотные антенные системы с различными видами поляризации для корпоративных сетей подвижной радиосвязи // Антенны. 2017. № 11. С. 18-24.
- Yang J. Periodicity of the input impedance of log-periodic array antennas // IET Microwaves Antennas & Propagation. 2012. Vol. 6. № 10. P. 1117-1122. doi: 10.1049/iet-map.2011.0599.
- Log-periodic dipole array antenna design for microwave imaging applications / Cafer Uyanik [et al.] // 2016 National Conference on Electrical, Electronics and Biomedical Engineering (ELECO). 2016. P. 554-557.
- Возможности построения диаграммообразующих схем для многочастотных кольцевых антенных решеток / М.А. Бузова [и др.] // Материалы XXVI Российской научной конференции профессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и аспирантов». Самара: ПГУТИ, 2019. С. 167.
- Банин А.А., Дорощенко И.В., Рубис А.А. Частотно-разделительные устройства для одновременной работы передатчиков на общую антенну // Радиотехника, электроника и связь (РЭиС-2017): материалы IV Международной научно-технической конференции. Омск, 2017. С. 309-315.
- Meng M., Hunter I.C., Rhodes J.D. The design of parallel connected fi lter networks with nonuniform resonators // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2013. Vol. 61. № 1. P. 372-381.
- Специальная радиосвязь. Развитие и модернизация оборудования и объектов: монография / под ред. А.Л. Бузова, С.А. Букашкина. М.: Радиотехника, 2017. 448 с.
Дополнительные файлы
![](/img/style/loading.gif)