RU68191U1

RU68191U1 - ANTENNA DEVICE FOR BASIC STATION OF WIRELESS MOBILE COMMUNICATION

Info

Publication number: RU68191U1
Application number: RU2007123472/22U
Authority: RU
Inventors: Алексей Васильевич Сорока; Максим Владимирович Смолин; Сергей Александрович Белослудцев; Алексей Александрович Гаврилов; Павел Александрович Шмачилин; Алексей Сергеевич Яковлев; Сергей Алексеевич Колупаев
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2007-11-10

Abstract

Антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи, включает размещаемые на опорно-поворотном устройстве фазированные антенные решетки печатных излучателей. Антенные решетки образованы участками металлизации, которые расположены на поверхности диэлектрической подложки. Печатные излучатели связаны зондами через слой диэлектрической подложки с распределительной системой антенной решетки. Антенные решетки выполнены в виде отдельных пластин и размещены в радиопрозрачном корпусе. Техническое решение обеспечит использование антенн в линиях связи СВЧ и беспроводных сетях широкополосного доступа. 2 ил.The antenna device of the base station of wireless mobile communications, includes phased antenna arrays of printed emitters located on the rotary support device. Antenna arrays are formed by plating areas that are located on the surface of the dielectric substrate. Printed emitters are connected by probes through a layer of a dielectric substrate with a distribution system of the antenna array. Antenna arrays are made in the form of separate plates and placed in a radiotransparent housing. The technical solution will ensure the use of antennas in microwave communication lines and wireless broadband access networks. 2 ill.

Description

Предложенное техническое решение относится к технике связи, а именно к устройствам антенной техники СВЧ диапазона и может быть использовано в линиях связи СВЧ диапазона и беспроводных сетях широкополосного доступа. Предпочтительно предложенное техническое решение может быть использовано в составе базовых станций, обеспечивающих беспроводную технологию передачи данных, без использования кабельных линий связи, в том числе и высокоскоростной доступ в Интернет (Worldwide Interoperability for Microwave Access - WiMax).The proposed technical solution relates to communication technology, and in particular to devices of the microwave antenna technology and can be used in microwave communication lines and wireless broadband access networks. Preferably, the proposed technical solution can be used as part of base stations that provide wireless technology for data transmission without the use of cable lines, including high-speed Internet access (Worldwide Interoperability for Microwave Access - WiMax).

В настоящее время известно большое количество средств антенной техники СВЧ диапазона, предназначенных для использования в различных системах беспроводной связи, в том числе и WiMax, (на рынке известны антенные устройства разработки Nokia Flexi, Telsima StarMax, Falcon PLUS и др.). В качестве ближайшего аналога предлагаемого технического решения выбрано антенное устройство беспроводной локальной сети связи, описанное в патенте на изобретение RU 2233017. Известное антенное устройство включает фазированную антенную решетку из печатных излучателей, образованную тремя пластинами, расположенными в виде призмы. Каждая из пластин образующих фазированную антенную решетку, включает расположенные на внешней поверхности диэлектрической подложки, участки металлизации.At present, a large number of microwave antenna equipment is known for use in various wireless communication systems, including WiMax (antenna devices developed by Nokia Flexi, Telsima StarMax, Falcon PLUS, etc. are known on the market). As the closest analogue of the proposed technical solution, the antenna device of the wireless local area network, described in the patent for invention RU 2233017, is selected. The known antenna device includes a phased antenna array of printed emitters formed by three plates arranged in the form of a prism. Each of the plates forming a phased antenna array includes plating areas located on the outer surface of the dielectric substrate.

По сравнению с известным из патента RU 2233017 аналогом, предлагаемое антенное устройство обладает простой и дешевой конструкцией и позволит полностью исключить применение ручных операций при его изготовлении и сборке. При этом, несмотря на описанные выше достоинства, антенные устройства подобной конструкции, не смогут быть с нужной эффективностью Compared with the analogue known from RU 2233017, the proposed antenna device has a simple and cheap design and will completely eliminate the use of manual operations in its manufacture and assembly. At the same time, despite the advantages described above, antenna devices of a similar design cannot be with the desired efficiency

использованы в составе базовых станций сетей связи WiMax, в первую очередь, из-за сложности монтажа антенн при реконструкции станций. Кроме того, использование антенн известной конструкции не обеспечит качественный прием/передачу данных в сети WiMax.used as part of base stations of WiMax communication networks, primarily because of the complexity of antenna installation during reconstruction of stations. In addition, the use of antennas of known design will not provide high-quality reception / transmission of data in a WiMax network.

Предложенное техническое решение позволит устранить перечисленные недостатки и обеспечит равномерное покрытие рабочей зоны базовой станции, автоматическое переконфигурирование рабочей зоны базовой станции в зависимости от существующей нагрузки. В результате предложенное антенное устройство обеспечит бесперебойную работу базовой станции беспроводной мобильной связи. Базовая станция, оборудованная набором антенных устройств предложенной конструкции, будет предоставлять более широкий спектр услуг, предоставляемых оператором базовой станции, позволит более эффективно использовать ресурсы сети за счет возможности адаптации антенн под уровень нагрузки (количество абонентов) в каждом из обслуживаемых сегментов зоны обслуживания базовой станции. Так же при эксплуатации таких базовых станций новые частотные диапазоны будут освоены с меньшими затратами.The proposed technical solution will eliminate the above drawbacks and provide uniform coverage of the working area of the base station, automatic reconfiguration of the working area of the base station, depending on the existing load. As a result, the proposed antenna device will ensure uninterrupted operation of the base station of wireless mobile communications. A base station equipped with a set of antenna devices of the proposed design will provide a wider range of services provided by the base station operator and will allow more efficient use of network resources due to the possibility of adapting the antennas to the load level (number of subscribers) in each of the serviced segments of the base station service area. Also, during the operation of such base stations, new frequency ranges will be mastered at a lower cost.

Технический результат, ожидаемый от использования предлагаемого решения, достигается тем, что предложено антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи, включающее N, где N целое число большее или равное единице, фазированных антенных решеток печатных излучателей, размещаемых на опорно-поворотном устройстве и образованных участками металлизации, расположенными на поверхности диэлектрической подложки. В каждой из антенных решеток печатные излучатели связаны зондами через слой диэлектрической подложки с распределительной системой антенной решетки. Распределительная система антенной решетки является диаграммообразующей. Каждая антенная решетка выполнена в виде отдельной пластины и размещена в радиопрозрачном корпусе.The technical result expected from the use of the proposed solution is achieved by the fact that the proposed antenna device of the base station of wireless mobile communications, including N, where N is an integer greater than or equal to unity, phased array antennas of printed emitters placed on a rotary support device and formed by plating areas located on the surface of the dielectric substrate. In each of the antenna arrays, the printed emitters are connected by probes through the dielectric substrate layer to the antenna array distribution system. The distribution system of the antenna array is diagram-forming. Each antenna array is made in the form of a separate plate and placed in a radio-transparent housing.

Предложенное техническое решение поясняется чертежами:The proposed technical solution is illustrated by drawings:

Фиг.1 - Структурная схема фазированной антенной решетки, которые образуют антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи;Figure 1 is a block diagram of a phased array antenna, which form an antenna device of a base station of a wireless mobile communication;

Фиг.2 - Общий вид, пример расположения антенных устройств на антенной мачте устройства базовой станции.Figure 2 - General view, an example of the location of the antenna devices on the antenna mast of the base station device.

Антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи, включает совокупность из N фазированных антенных решеток, размещаемых на опорно-поворотном устройстве. Каждая из фазированных антенных решеток, входящих в состав предложенного антенного устройства, включает: печатные излучатели 1 фазированной антенной решетки, диэлектрическую подложку 2, распределительную систему 3, коаксиальный кабель 4.The antenna device of the base station of wireless mobile communications, includes a set of N phased antenna arrays placed on a slewing ring. Each of the phased antenna arrays that make up the proposed antenna device includes: printed emitters 1 phased array antenna, dielectric substrate 2, distribution system 3, coaxial cable 4.

Фазированная антенная решетка представляет собой совокупность участков металлизации - печатных излучателей 1, расположенных на ее поверхности, имеющих необходимую для эффективной работы геометрическую форму и образующих полотно антенной решетки. Печатные излучатели 1 расположены на поверхности диэлектрической подложки 2, топология печатных излучателей 1 обеспечивает согласование с распределительной системой и требуемую форму диаграммы направленности. Диэлектрическая подложка 2 антенной решетки представляет собой несущий элемент конструкции для ее излучающей системы 1 и обеспечивает возбуждение основных типов волн в трактах системы питания. Распределительная диаграммообразующая система питания излучателей 3 обеспечивает питание печатных излучателей 1 с заданным амплитудно-фазовым распределением для создания диаграммы направленности задаваемой формы, а также требуемую величину коэффициента усиления. Печатные излучатели 1 при помощи системы зондов электрически связаны с распределительной системой через диэлектрическую подложку 2. Зонды расположены в строго определенных точках (точках электрического контакта зонда и печатного излучателя) таким образом, чтобы обеспечить требуемый уровень согласования печатных излучателей 1 с распределительной системой 2, а так же форму диаграммы направленности и вид поляризации.Phased antenna array is a combination of metallization sections - printed emitters 1 located on its surface, having the geometric shape necessary for efficient operation and forming the antenna array web. The print emitters 1 are located on the surface of the dielectric substrate 2, the topology of the print emitters 1 provides coordination with the distribution system and the desired radiation pattern. The dielectric substrate 2 of the antenna array is a supporting structural element for its radiating system 1 and provides excitation of the main types of waves in the paths of the power system. The distribution diagram-forming power supply system of the emitters 3 provides power to the printed emitters 1 with a given amplitude-phase distribution to create a radiation pattern of a given shape, as well as the desired magnitude of the gain. Using the probe system, the printed emitters 1 are electrically connected to the distribution system through the dielectric substrate 2. The probes are located at strictly defined points (the electrical contact points between the probe and the printed emitter) in such a way as to ensure the required level of matching of the printed emitters 1 with the distribution system 2, and same beam pattern and type of polarization.

Коаксиальный кабель 4 необходим для подключения антенной системы к выходу передатчика базовой станции. Согласованный переход от разъема коаксиального кабеля 4 к распределительной системе 3 обеспечивает высокую эффективность передачи энергии от кабеля 4 к распределительной системе 3. Антенная решетка выполнена в виде компактной плоской конструкции в виде пластины. Для использования системы при различных погодных условиях антенная решетка закрыта радиопрозрачным корпусом. Для регулировки положения отдельных антенн на базовой станции используются опорно-крепежные узлы известных конструкций.Coaxial cable 4 is required to connect the antenna system to the transmitter output of the base station. The coordinated transition from the connector of the coaxial cable 4 to the distribution system 3 provides high efficiency of energy transfer from the cable 4 to the distribution system 3. The antenna array is made in the form of a compact flat design in the form of a plate. To use the system in various weather conditions, the antenna array is closed by a radio-transparent housing. To adjust the position of individual antennas at the base station, support and mounting units of known designs are used.

Предложенное антенное устройство работает следующим образом.The proposed antenna device operates as follows.

Антенны крепятся на мачте таким образом, чтобы обеспечить эффективную передачу данных в определенных секторах требуемой зоны покрытия как для одного, так и различных рабочих частотных диапазонов. При работе антенного устройства необходимо обеспечить равномерное покрытие зоны обслуживания по уровню мощности излучаемого сигнала, а так же сформировать диаграмму системы таким образом, чтобы в каждом ее сегменте было примерно одинаковое число абонентов.Antennas are mounted on the mast in such a way as to ensure efficient data transmission in certain sectors of the desired coverage area for both one and various operating frequency ranges. When operating the antenna device, it is necessary to ensure uniform coverage of the service area in terms of the power level of the emitted signal, as well as form a diagram of the system so that in each of its segments there are approximately the same number of subscribers.

Антенное устройство базовой станции беспроводной мобильной связи концентрирует заданным образом энергию в дальней зоне антенны. Энергия изначально равномерно распределена по всей всю апертуре излучающего полотна антенны. Путем синфазного сложения энергии от каждого отдельного печатного излучателя 1 антенное устройство формирует плоский фронт волны с заданными параметрами в дальней зоне излучения. Изменение конфигурации амплитудного и фазового распределения по апертуре существенным образом влияет на конфигурацию распределения поля в дальней зоне антенны, что позволяет управлять геометрическими параметрами секторов обслуживания каждого отдельного полотна антенной системы.The antenna device of the base station of the wireless mobile communication concentrates energy in a predetermined manner in the far zone of the antenna. Energy is initially uniformly distributed throughout the entire aperture of the radiating antenna sheet. By in-phase addition of energy from each individual print emitter 1, the antenna device forms a flat wave front with predetermined parameters in the far radiation zone. Changing the configuration of the amplitude and phase distribution over the aperture significantly affects the configuration of the field distribution in the far zone of the antenna, which allows you to control the geometric parameters of the service sectors of each individual canvas of the antenna system.

Установка антенн заданным образом (из условий требуемой зоны покрытия регулировка их положения азимуту и углу места) на опорном устройстве базовой станции позволяет обеспечить эффективную работу беспроводной Installing antennas in a predetermined manner (from the conditions of the desired coverage area, adjusting their position in azimuth and elevation) on the support device of the base station allows for efficient wireless

связи даже в условиях сложной городской застройки. На одном опорном устройстве могут быть расположено множество антенн, в том числе и антенных устройств, работающих в других частотных диапазонах. При работе базовой станции в различных частотных диапазонах, возможно размещение антенн разных диапазонов на одно и то же направление обеспечения зоны покрытия, а также и наоборот, установки в каждом направлении антенн только тех диапазонов, которые необходимы для обеспечения связи в зоне того или иного поставщика услуг.communication even in complex urban areas. A plurality of antennas can be located on one reference device, including antenna devices operating in other frequency ranges. When the base station operates in different frequency ranges, it is possible to place antennas of different ranges in the same direction of coverage, as well as vice versa, to install in each direction of the antennas only those bands that are necessary for communication in the zone of a particular service provider .

Таким образом, предложенное техническое решение обеспечит бесперебойную работу базовой станции беспроводной мобильной связи с широким перечнем услуг оператора базовой станции и меньшими затратами освоения новых частотных диапазонов базовых станций. А также легкую замену отдельных антенных устройств в составе базовой станции и совместимость с уже имеющимися антенными мачтами.Thus, the proposed technical solution will ensure uninterrupted operation of the base station of wireless mobile communications with a wide range of services of the base station operator and lower costs of developing new frequency ranges of base stations. As well as the easy replacement of individual antenna devices as part of the base station and compatibility with existing antenna masts.

Claims

An antenna device of a base station of a wireless mobile communication network, including N, where N is an integer greater than or equal to unity of phased antenna arrays of printed emitters placed on a rotary support device and formed by metallization sections located on the surface of the dielectric substrate, characterized in that each of the antenna arrays, the printed emitters are connected by probes through a layer of a dielectric substrate with the antenna array distribution system, while the antenna distribution system heel is beamforming, and each array is formed as a separate plate and housed in the housing radiotransparent.