PL229431B1

PL229431B1 - Sposób zasilania układu antenowego

Info

Publication number: PL229431B1
Application number: PL409274A
Authority: PL
Inventors: Fryderyk Lewicki; Paweł Scharoch
Original assignee: Orange Polska Spolka Akcyjna
Priority date: 2014-08-26
Filing date: 2014-08-26
Publication date: 2018-07-31
Also published as: EP2991164A1; PL409274A1; EP2991164B1

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zasilania układu antenowego, zwłaszcza układu antenowego z kosekansową pionową charakterystyką promieniowania dla sieci radiokomunikacyjnych, radiolokacyjnych i radiofuzyjnych, w tym sieci telefonii komórkowej i anten stacji radarowych.

W systemach radiokomunikacyjnych, w znanych rozwiązaniach anten nadawczych, w tym stacji bazowych i radarów, dąży się do uzyskania możliwie stałego poziomu nadawanych sygnałów w obsługiwanym obszarze. Taki wymóg jest spełniony, jeżeli antena ma kosekansową pionową charakterystykę promieniowania. Uzyskuje się to poprzez odpowiednie kształtowanie pionowych charakterystyk promieniowania, w tym poprzez wypełnianie ich miejsc zerowych i wypłaszczanie maksimów listków bocznych. Dotychczas uzyskiwane pionowe charakterystyki promieniowania anten są jednak dalekie od idealnych charakterystyk kosekansowych.

Większość współczesnych anten nadawczych/odbiorczych ma budowę układu antenowego złożonego z wielu promienników, na ogół dipoli półfalowych. Anteny stacji bazowych zwykle mają promienniki umieszczone w jednej pionowej kolumnie, niekoniecznie na tej samej osi pionowej, w odległościach zasadniczo równych połowie długości fali λ. Znane są także anteny stacji bazowych, które mają dominujący układ liniowy, złożony z wielu pięter, a w każdym piętrze znajduje się kilka promienników, na ogół znacznie mniej niż układ antenowy ma pięter.

Inne anteny, na przykład radarów, mają promienniki rozmieszczone na płaszczyźnie, w poziomie i w pionie, ze zbliżoną liczbą promienników w każdym z obu wymiarów. Wówczas każda z kolumn promienników może mieć kosekansową pionową charakterystykę promieniowania.

Każdy z promienników układu antenowego może pracować w polaryzacji poziomej, pionowej lub skośnej. Ostatnio bardzo dużego znaczenia nabrały polaryzacje skośne +45° i -45°. Promienniki pogrupowane w pary mogą także pracować w polaryzacji eliptycznej, a zwłaszcza kołowej.

Kształtowanie pionowej charakterystyki promieniowania układu antenowego, na przykład dla uzyskania kosekansowego kształtu charakterystyki, może być realizowane zasadniczo na dwa sposoby:

- poprzez nieregularności geometrycznego rozmieszczenia promienników oraz

- poprzez odpowiedni dobór amplitud i faz ich zasilania.

W praktyce najłatwiej jest zrealizować zróżnicowanie faz zasilania promienników, a w drugiej kolejności- i z pewnymi ograniczeniami-zmiany amplitud zasilania promienników. W praktyce stosowane są także nieregularności w rozmieszczeniu promienników, ale odstępstwa od regularności są ograniczone, na przykład odległości pomiędzy promiennikami są zasadniczo równe połowie długości fali, ale mogą występować dwie lub trzy zbliżone do połowy długości fali wartości tej odległości, na ogół zastosowane naprzemiennie.

Interesujące możliwości kształtowania charakterystyk tworzy połączenie dwóch wspomnianych wyżej metod, tj. zastosowanie jednocześnie nieregularności w rozmieszczeniu promienników oraz odpowiedni dobór faz, a ewentualnie także amplitud.

Z opisu zgłoszeniowego GB 1186786 A znane jest rozwiązanie, w którym wiele elementów antenowych jest ustawionych na wielu poziomach i jest zasilanych z tą samą amplitudą. W rozwiązaniu tym pionową charakterystykę promieniowania kształtuje się w kierunku uzyskania charakterystyki kosekansowej poprzez odpowiedni rozkład faz pobudzeń układu antenowego. Przyrosty faz pobudzeń mają przy tym ograniczoną wartość maksymalnie do 100° i są rozpisane na 4-etapową procedurę dotyczącą kolejnych, różnych zbiorów pięter. Uzyskiwany jeden rozkład faz pobudzeń jest unikalny dla danej liczby pięter systemu antenowego i zapewnia uzyskanie charakterystyki pionowej, która jest w pewnym stopniu zbliżona do charakterystyki kosekansowej.

W opisie zgłoszeniowym JP 2000082920 A ujawniono sposób uzyskiwania symetrycznej charakterystyki promieniowania w płaszczyźnie poziomej oraz charakterystyki kosekansowej w płaszczyźnie pionowej dwuwymiarowego układu antenowego. Poziom promieniowania z układu zasilania zredukowano poprzez jego odpowiednie ukształtowanie. Poszczególne elementy antenowe są zasilane ze zróżnicowanymi amplitudami i fazami. Zmiany faz na poszczególnych elementach antenowych występują w sekwencji na przemian z wieloma przyrostami dodatnimi a następnie wieloma przyrostami ujemnymi.

W opisie zgłoszeniowym US004766437A ujawniono wiele elementów antenowych dwóch układów antenowych, które pobudza się z amplitudami o rozkładzie wykładniczym. Sygnał wejściowy zasila oba układy antenowe z taką samą amplitudą i fazą. Poszczególne elementy antenowe w obu układach zasila się z amplitudami o wartościach zmieniających się wykładniczo. Przesuwnik fazowy umożliwia

PL 229 431 Β1 dobór fazy zasilania pomiędzy oboma układami antenowymi. Gdy ma on wartość pomiędzy 60° i 120°, wtedy charakterystyka ma kształt kosekansowy.

W opisie zgłoszeniowym US 006107964 A wskazano sposób uzyskania charakterystyki kosekansowej w antenie szczelinowej poprzez odpowiedni układ amplitud i faz zasilania. Amplituda zasilania kolejnych promienników zmienia się liniowo. Liniowo zmienia się także względna faza zasilania za wyjątkiem pierwszego promiennika, który jest zasilany z określonym skokiem fazy.

Z opisu zgłoszeniowego EP 2434577 A1 znane jest rozwiązanie, w którym wiele elementów antenowych układu anteny w szyku antenowym, korzystnie w konfiguracji liniowej, zasila się z sieci zasilania z wieloma torami antenowymi, sygnałem RE. Sieć zasilania jest przystosowana do generowania przesunięć fazowych oraz różnych amplitud w torach antenowych tak, że szyk antenowy zapewnia aproksymację charakterystyki docelowej zysku układu antenowego, zwłaszcza aproksymację charakterystyki kosekansowej, w płaszczyźnie wznoszenia dla zakresu kątów elewacji od kąta granicznego elewacji z maksymalnym zyskiem do kąta elewacji 90°. W ujawnionym rozwiązaniu otrzymuje się kształtowaną pionową charakterystykę promieniowania w kierunku do góry (ze stacji bazowej w kierunku do samolotów), przy czym charakterystyka ta ma kształt optymalizowany do charakterystyki kosekansowej za pomocą optymalizacji numerycznej.

We wszystkich opisanych powyżej rozwiązaniach pionowe charakterystyki promieniowania anten nadawczych, zbudowanych z układu promienników, są dalekie od idealnej, kosekansowej charakterystyki promieniowania. W rezultacie w obsługiwanym obszarze poziom nadawanych i odbieranych sygnałów nadal charakteryzuje się stosunkowo dużą zmiennością, czyli nadal występują miejsca ze słabym odbiorem nadawanych sygnałów.

Sposób zasilania układu antenowego według wynalazku, w którym wszystkie względne fazy zasilania, normalizowane do przedziału od 0° do 360°, kolejnych promienników układu zmienia się i otrzymuje się charakterystykę zbliżoną do charakterystyki kosekansowej, charakteryzuje się tym, że promienniki zasila się z co najmniej jednym zaburzeniem faz zasilających kolejne promienniki takim, że para kolejnych zmian różnicy fazy zasilającej tych promienników ma taki sam kierunek zmiany. Kierunek zmiany różnicy fazy skrajnego promiennika z zaburzeniem oraz sąsiadującego promiennika jest przeciwny względem kierunku zmiany zaburzenia, podczas gdy pozostałe pary promienników są zasilane ze zmiennymi różnicami fazy, które są przeciwne względem sąsiadującej pary promienników. Jeśli występuje więcej niż jedno zaburzenie, wówczas zaburzenia są oddzielone przerwą, czyli co najmniej dwiema różnicami faz. Każda różnica fazy w przerwie ma przeciwny kierunek zmiany względem sąsiadujących różnic faz.

Korzystnie gdy liczba promienników jest mniejsza niż 16, wówczas występuje jedno zaburzenie.

Korzystnie gdy liczba promienników wynosi 16, wówczas występuje jedno zaburzenie.

Korzystnie gdy liczba promienników jest większa niż 16, wówczas występują dwa zaburzenia.

Korzystnie taki sam kierunek zmiany fazy sąsiednich promienników uzyskuje się poprzez zasilanie promienników z dodatnią różnicą fazy.

Korzystnie taki sam kierunek zmiany fazy sąsiednich promienników uzyskuje się poprzez zasilanie promienników z ujemną różnicą fazy.

Korzystnie zasila się promienniki ze zmienną amplitudą różnic faz.

Korzystnie zasila się promienniki z taką samą amplitudą pobudzeń.

Korzystnie zasila się promienniki z różną amplitudą pobudzeń.

Korzystnie co najmniej 8 promienników rozmieszcza się w odstępach pomiędzy nimi około połowy długości fali.

Zaletą sposobu zasilania układu antenowego jest to, że pozwala na uzyskanie charakterystyk promieniowania bardzo bliskich idealnej charakterystyce kosekansowej, przez co poziom nadawanych i odbieranych sygnałów w całym obsługiwanym obszarze jest znacznie bardziej stabilny i znacznie mniej zależny od odległości od stacji nadawczej. Dzięki rozwiązaniu uzyskuje się w całym obsługiwanym obszarze znacznie bardziej równomierny rozkład poziomu nadawanych lub odbieranych sygnałów w porównaniu z obecnie stosowanymi rozwiązaniami. Dotychczasowe sposoby zasilania układu antenowego nie są w stanie zapewnić tak równomiernego poziomu nadawanych lub odbieranych sygnałów.

Zaletą sposobu zasilania układu antenowego jest także to, że umożliwia znacznie lepsze i bardziej wyrównane pokrycie zasięgiem terenu obsługiwanego przez stację bazową, co jednocześnie umożliwia optymalizację sieci nadawczej i uzyskiwanych parametrów, w tym eliminację części mikrokomórek uzupełniających luki w zasięgach. W przypadku radarów zastosowanie rozwiązania pozwala na znaczne zwiększenie dokładności lokalizacji śledzonych obiektów, czyli informacji o położeniu obiektów.

PL 229 431 Β1

Wprowadzenie rozwiązania według wynalazku przez operatorów systemów komórkowych i radiokomunikacyjnych umożliwia uzyskanie równomiernego pokrycia nadawanymi i odbieranymi sygnałami całego obsługiwanego obszaru. Zminimalizuje to istnienie i wielkość obszarów ze zbyt niskim poziomem sygnału albo jego brakiem oraz wyrówna poziom sygnałów odbieranych.

Przedmiot wynalazku jest pokazany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schematyczny widok systemu zasilania układu antenowego AN, stosującego sposób według wynalazku, fig. 2 - schematyczny widok układów antenowych AN o 8, 16 i 24 piętrach z promiennikami RAD w polaryzacji pionowej, stosujących sposób według wynalazku, fig. 3 - schematyczny widok układów antenowych AN o 8, 16 i 24 piętrach dla dwóch częstotliwości f i 2f i dwóch polaryzacji +45° i -45°, stosujących sposób według wynalazku, fig. 4 - układ faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN dla układu antenowego AN z 8 promiennikami RAD, stosującego sposób według wynalazku, fig. 5 - porównanie pionowych charakterystyk promieniowania układu jednorodnego, ze wszystkimi różnicami faz równymi 0°, idealnej charakterystyki kosekansowej i charakterystyki uzyskanej w układzie antenowym AN z 8 promiennikami RAD, stosującym sposób według wynalazku, fig. 6 - rozkłady natężenia pola w funkcji odległości od masztu antenowego, unormowane względem wartości maksymalnej dla układu antenowego AN z 8 promiennikami RAD, stosującego sposób według wynalazku, pobudzonymi fazami 0° (linia przerywana) i fazami z fig. 4 (linia ciągła), fig. 7 - układ faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN dla układu antenowego AN z 16 promiennikami RAD, stosującego sposób według wynalazku, fig. 8 - porównanie pionowych charakterystyk promieniowania układu jednorodnego, idealnej charakterystyki kosekansowej i charakterystyki uzyskanej w układzie antenowym AN z 16 promiennikami RAD, stosującym sposób według wynalazku, fig. 9 - rozkłady natężenia pola w funkcji odległości od masztu antenowego, unormowane względem wartości maksymalnej dla układu antenowego AN z 16 promiennikami RAD, stosującego sposób według wynalazku, pobudzonymi fazami 0° (linia przerywana) i fazami z fig. 7 (linia ciągła), fig. 10 - układ faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN dla układu antenowego AN z 24 promiennikami RAD, stosującego sposób według wynalazku, fig. 11 - porównanie pionowych charakterystyk promieniowania układu jednorodnego, idealnej charakterystyki kosekansowej i charakterystyki uzyskanej w układzie antenowym AN z 24 promiennikami RAD, stosującym sposób według wynalazku, fig. 12 - rozkłady natężenia pola w funkcji odległości od masztu antenowego, unormowane względem wartości maksymalnej dla układu antenowego AN z 24 promiennikami RAD, stosującego sposób według wynalazku, pobudzonymi fazami 0° (linia przerywana) i fazami z fig. 10 (linia ciągła).

Sposób zasilania układu antenowego AN z fig. 1 polega na zasilaniu N kolejnych promienników RAD o dowolnej polaryzacji, rozmieszczonych w odstępach rzędu połowy długości fali (λ/2) pomiędzy nimi, na przemian z dodatnią i ujemną różnicą fazy F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1. Dla uzyskania charakterystyki kosekansowej co najmniej raz dwie sąsiednie różnice fazy ze zbioru F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1 mają taki sam kierunek zmiany, przy czym wszystkie fazy zasilania F1, F2, F3, F4..... FN są normalizowane do przedziału od 0° do 360°. Oznacza to, że sekwencja naprzemiennej zmiany względnej fazy zasilania F1, F2, F3, F4.....FN jest zaburzona poprzez wprowadzenie co najmniej jednej monofonicznej sekwencji zmiany fazy F1, F2, F3, F4.....FN co najmniej dwóch kolejnych promienników RAD.

W przypadku mniejszej liczby pięter (na przykład dla 8 pięter) takie zakłócenie występuje pojedynczo i występuje na jednym z krańców układu antenowego AN. W przypadku większej liczby pięter (na przykład 16 pięter) w układzie antenowym AN może wystąpić kilka odcinków oscylacyjnego charakteru zmiany różnic faz F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1, korzystnie każdy z tych odcinków ma różne amplitudy zmian (większe, mniejsze itp.), a odcinki te są poprzedzielane monofoniczną zmianą dwóch kolejnych różnic faz ze zbioru F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1.

Różnice faz F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1 co do wartości bezwzględnej nie są takie same, inaczej mówiąc amplituda zmian względnych faz zasilania F1, F2, F3, F4, FN pomiędzy kolejnymi promiennikami RAD nie jest taka sama, chociaż możliwy jest przykład wykonania z taką sama amplitudą różnicy faz F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1. Amplitudy pobudzeń A1, A2, A3, A4.....AN korzystnie są takie same, ale są możliwe przykłady wykonania z różnymi amplitudami pobudzeń A1, A2, A3, A4.....AN.

PL 229 431 Β1

Promienniki RAD układu antenowego AN mogą pracować w dowolnej polaryzacji. Rozwiązanie według wynalazku może być zastosowane do dowolnego układu antenowego AN z promiennikami RAD umieszczonymi w układzie antenowym AN.

Sposób zasilania układu antenowego AN według wynalazku może dotyczyć zarówno układu liniowego (na przykład dla anten stacji bazowych telefonii komórkowej) jak i charakterystyk pionowych układu płaszczyznowego (na przykład anteny radarów albo anteny stacji bazowych o wielu wiązkach w płaszczyźnie poziomej).

W przykładach wykonania przedstawionych poniżej sposób zasilania układu antenowego AN według wynalazku będzie przedstawiony dla liniowego układu antenowego AN, ustawionego pionowo, czyli typowo dla anten stacji bazowych telefonii komórkowej. Możliwe jest inne rozmieszczenie promienników RAD i układów antenowych AN. Jednak w każdym przypadku dla każdego z niezależnych układów antenowych AN można wydzielić piętra i zasilić zgodnie z zaproponowanym rozwiązaniem.

Opisany sposób zasilania układu antenowego AN według wynalazku pozwala na uzyskanie w układzie antenowym AN pionowej charakterystyki promieniowania o kształcie bliskim charakterystyce kosekansowej. Zastosowane rozwiązanie może być wykorzystane do uzyskania kosekansowej charakterystyki promieniowania w wymaganym przez dany system radiokomunikacji zakresie kątów (elewacji lub azymutu).

W przykładach wykonania realizujących sposób według wynalazku, w systemie zasilania układu antenowego AN, które to przykłady są przedstawione na fig. 2, promienniki RAD są rozmieszczone w rozkładzie regularnym, w polaryzacji pionowej i usytuowane jeden nad drugim. Przedstawiono trzy przykłady wykonania, każdy z różną liczbą promienników RAD, w wersji 8, 16 i 24 piętrowej. W korzystnym przykładzie wykonania powinna być parzysta liczba promienników RAD, taka jak 10, 12, 14, 18, 20, 22, 26, itd. W innych przykładach wykonania stosuje się układy antenowe AN z liczbą promienników RAD do 72 i więcej. Dopuszczalna jest także nieparzysta liczba promienników RAD.

Na fig. 3 pokazano przykłady wykonania realizujące sposób według wynalazku w systemie zasilania dla trzech liniowych układów antenowych AN z promiennikami RAD pracującymi w dwóch zakresach częstotliwości (f = 900 MHz i 2f = 1800 MHz) oraz w dwóch polaryzacjach (+45° i -45°) odpowiednio na 8, 16 i 24 piętrach. Każdy z trzech przykładów wykonania z fig. 3, ma po 4 na ogół niezależne układy antenowe AN:

• układ antenowy AN w polaryzacji +45° na częstotliwość f (cienka linia, promienniki RAD pochylone w prawo);

• układ antenowy AN w polaryzacji -45° na częstotliwość f (cienka linia, promienniki RAD pochylone w lewo);

• układ antenowy AN w polaryzacji +45° na częstotliwość 2f (gruba linia, promienniki RAD pochylone w prawo);

• układ antenowy AN w polaryzacji -45° na częstotliwość 2f (gruba linia, promienniki RAD pochylone w lewo).

Dla każdego z 4 niezależnych układów antenowych AN możliwe jest niezależne kształtowanie pionowej charakterystyki promieniowania, przy czym z praktycznego punktu widzenia we wszystkich przypadkach najbardziej pożądana jest charakterystyka kosekansową. W tym przykładzie wykonania zastosowane jest zróżnicowanie geometrycznego rozmieszczenia promienników RAD każdego z 4 niezależnych układów antenowych AN, w pewnym stopniu wymuszone poprzez umieszczenie w tym samym miejscu anten na częstotliwości f i 2f. W przypadku układu antenowego AN na częstotliwości f, w sposób powtarzalny odległości pomiędzy piętrami zmieniają się co drugie piętro. Także odstęp promienników od osi pionowej układu antenowego AN zmienia się co drugie piętro.

W przykładzie wykonania sposobu zasilania według wynalazku dla układu antenowego AN z fig. 3 promienniki RAD są rozmieszczone powtarzalnie, na częstotliwości f w 2, a na częstotliwości 2f w 4 różnych konfiguracjach, przy czym w układzie antenowym AN dla częstotliwości f występują dwie naprzemienne odległości, a w układzie antenowym AN dla częstotliwości 2f trzy powtarzające się sekwencyjnie odległości w kierunku pionowym. Ponadto występuje niewielka separacja położenia promienników RAD w kierunku poziomym.

Podstawowe kształtowanie pionowej charakterystyki promieniowania dla uzyskania charakterystyki kosekansowej realizuje się poprzez zmiany faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN poszczególnych pięter układu antenowego AN. W podstawowej wersji przykładów wykonania zastosowana jest tylko zmiana faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN, a amplitudy pobudzeń A1, A2, A3, A4.....AN są takie same, ale w innych przykładach wykonania mogą być zastosowane zróżnicowane amplitudy pobudzeń A1,

PL 229 431 Β1

A2, A3, A4.....ΑΝ, co doprowadzi do niemal idealnej zgodności uzyskiwanych charakterystyk z charakterystyką kosekansową. Ponieważ w przytoczonych przykładach wykonania zastosowano typową obecnie geometrię układów antenowych AN z promiennikami RAD w polaryzacjach -45° i +45°, fig. 3, a więc na częstotliwości f pracują dwa niezależne układy antenowe AN, więc także geometria rozmieszczenia kolejnych promienników RAD każdego z układów antenowych AN nie jest w ścisłym sensie regularna.

Na fig. 4 przedstawiono układ faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN dla układu antenowego AN, zbudowanego z 8 pięter z promiennikami RAD, dla częstotliwości f = 900 MHz i polaryzacji +45°. Na figurach z rozkładem natężenia pola w funkcji odległości od anteny (fig. 6, 9 i 12) środki elektryczne układów antenowych AN są na wysokości 25 m nad poziomem terenu (npt.), a obliczenia zostały wykonane na wysokości 1,5 m npt. Zgodnie ze sposobem zasilania układu antenowego AN według wynalazku piętra zasila się, w kolejności od piętra pierwszego (najniższego) do piętra 8 (najwyższego), następująco:

Piętro 1: 10°;

Piętro 2: 67,9°;

Piętro 3: 95,8°;

Piętro 4: 63,9°;

Piętro 5: 125,6°;

Piętro 6: 56,1°;

Piętro 7: 124,7°;

Piętro 8: 19,0°.

W tym przykładzie wykonania sposobu zasilania, według wynalazku, układ faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN jest naprzemienny (dodatni i ujemny), a różnice faz F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1 pomiędzy kolejnymi piętrami różnią się amplitudą. Dodatkowo występuje jedno zaburzenie oscylacyjnego charakteru zmian kolejnych różnic faz F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1 - pomiędzy piętrami 1 i 2 (F2-F1) oraz 2 i 3 (F3-F2) — kierunek zmian jest taki sam, czyli w tym przypadku dodatni, co oznacza, że dwie kolejne różnice faz F2-F1 i F3-F2, F4-F3 zmieniają się monofonicznie (są dodatnie). Zastosowanie takiego sposobu zasilania według wynalazku umożliwia uzyskanie charakterystyki bliskiej charakterystyce kosekansowej, co jest widoczne na fig. 5 i 6, gdzie charakterystyka powyższego układu antenowego AN jest prawie identyczna z idealną charakterystyką kosekansową, a rozkład unormowanej wartości natężenia pola (linia ciągła na fig. 6) jest zbliżony do prostej poziomej. Ze względu na stosunkowo małą liczbę promienników RAD (tylko 8) charakterystyka nadal odbiega od charakterystyki kosekansowej, czyli linii poziomej, jednak zmienność natężenia pola jest znacznie zredukowana.

Na fig. 7 przedstawiono układ faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN dla układu antenowego AN, stosującego sposób według wynalazku, zawierającego 16 pięter z promiennikami RAD w polaryzacji +45°. Układ ten odpowiada panelowi środkowemu z fig. 3. W polaryzacji +45° pracuje połowa promienników RAD narysowanych cienką linią, pochylonych o kąt 45°, (na rysunku podobne do kreski „/”). Odległości pomiędzy poszczególnymi piętrami nie są takie same (w tym przypadku są dwie różne odległości występujące naprzemiennie). Występuje także przesunięcie promienników w płaszczyźnie poziomej (w lewo i w prawo od osi pionowej panelu).

W tym przykładzie wykonania sposobu zasilania według wynalazku amplitudy pobudzeń Α1, A2, A3, A4.....AN wszystkich promienników RAD są jednakowe. Poszczególne piętra z promiennikami RAD zasila się, w kolejności od piętra pierwszego (najniższego) do piętra 16 (najwyższego), następująco:

Piętro 1: 40°;

Piętro 2: 104,5°;

Piętro 3: 121,3°;

Piętro 4: 101,0°;

Piętro 5: 147,9°;

Piętro 6: 106,5°;

Piętro 7: 163,0°;

Piętro 8: 104,4°;

Piętro 9: 172,2°;

Piętro 10: 95,8°;

Piętro 11: 176,6°;

Piętro 12: 81,9°;

Piętro 13: 180,1°;

Piętro 14: 77,4°;

Piętro 15: 142,8°;

Piętro 16: 16,4°.

PL 229 431 Β1

W przedstawionym przykładzie wykonania układu faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN, realizującego sposób według wynalazku, różnice faz F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1 są na przemian dodatnie i ujemne pomiędzy kolejnymi piętrami, ze zmienną amplitudą tych różnic, w zakresie od 20 do 120 stopni. Jednocześnie występuje jedno zaburzenie charakteru oscylacyjnego różnic faz F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1: dwie kolejne różnice fazy pomiędzy piętrami 1 i 2 F2-F1 oraz 2 i 3 F3-F2 mają taki sam kierunek zmian, w tym przypadku dodatni, co oznacza, że dwie kolejne różnice faz F2-F1 i F3-F2 zmieniają się monofonicznie (są dodatnie).

W ten sam sposób mogą być pobudzone pozostałe 3 układy antenowe AN, z 4 układów antenowych AN, które mogą być zrealizowane na tym panelu anteny, czyli promienniki RAD w polaryzacji -45° (druga połowa promienników RAD zaznaczonych cienką linią) oraz jedna i druga połowa promienników RAD zaznaczonych grubą linią (odpowiednio promienniki RAD +45° J i promienniki RAD -45° „\”). W przypadku promienników RAD zaznaczonych grubą linią częstotliwość pracy układu antenowego AN jest zasadniczo dwukrotnie wyższa od częstotliwości pracy układu antenowego AN z promiennikami RAD zaznaczonymi cienką linią.

Zastosowanie takiego sposobu zasilania według wynalazku umożliwia uzyskanie charakterystyki bliskiej charakterystyce kosekansowej, co jest widoczne na fig. 8 i 9, gdzie charakterystyka powyższego układu antenowego AN jest prawie identyczna z idealną charakterystyką kosekansową, a rozkład unormowanej wartości natężenia pola (linia ciągła na fig. 9) jest zbliżony do prostej poziomej. Ze względu na wzrost liczby promienników RAD (a więc i liczby stopni swobody), uzyskana charakterystyka jest znacznie bliższa charakterystyce kosekansowej niż w przypadku układu antenowego AN o 8 piętrach (fig. 6).

Kolejny przykład wykonania sposobu zasilania według wynalazku przedstawiono na fig. 10. Jest to układ antenowy AN, zawierający 24 piętra z promiennikami RAD w polaryzacji +45°. Na fig. 12 środki elektryczne układów antenowych AN są na wysokości 25 m npt., a obliczenia zostały wykonane na wysokości 1,5 m npt. Poszczególne piętra z promiennikami RAD zasila się, w kolejności od piętra pierwszego (najniższego) do piętra 24 (najwyższego), następująco:

Piętro 1: 250°

Piętro 2: 80,6°

Piętro 3: 278,1°

Piętro 4: 85,0°

Piętro 5: 59,1°

Piętro 6: 97,4°

Piętro 7: 114,4°

Piętro 8: 83,1°

Piętro 9: 114,9°

Piętro 10: 96,3°

Piętro 11: 135,9°

Piętro 12: 94,1°

Piętro 13: 144,7°

Piętro 14: 92,5°

Piętro 15: 153,9°

Piętro 16: 84,4°

Piętro 17: 161,3°

Piętro 18: 79,0°

Piętro 19: 161,3°

Piętro 20: 60,5°

Piętro 21: 167,1°

Piętro 22: 64,2°

Piętro 23: 13,0°

Piętro 24: 3,4°

W przedstawionym układzie faz zasilania F1, F2, F3, F4.....FN widać oscylacyjny (na przemian dodatni i ujemny) charakter zmian różnic fazy F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1. Fazy o większej amplitudzie zmian (150°-200°, piętra 1 do 4) i o mniejszej amplitudzie zmian (40° do 120°, piętra 5 do 24) są przedzielone monofonicznym charakterem zmian różnic faz. Obie różnice faz F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1 pomiędzy piętrami 3 i 4, F4-F3, oraz 4 i 5, F5-F4, mają kierunek ujemny zmiany, a zaraz po nich następujące obie różnice faz pomiędzy piętrami 5 i 6, F6-F5, oraz 6 i 7, F7-F6, mają kierunek dodatni zmiany.

Zastosowanie takiego sposobu zasilania według wynalazku umożliwia uzyskanie charakterystyki bliskiej charakterystyce kosekansowej, co jest widoczne na fig. 11 i 12, gdzie charakterystyka powyższego układu antenowego AN jest prawie identyczna z idealną charakterystyką kosekansową, a rozkład unormowanej wartości natężenia pola (linia ciągła na fig. 12) jest zbliżony do prostej poziomej. Ze względu wzrost liczby promienników RAD (a więc i liczby stopni swobody), uzyskana charakterystyka jest znacznie bliższa charakterystyce kosekansowej niż w przypadku układów antenowych AN o 8 i 16 piętrach (fig. 6 i 9).

Na fig. 1 przedstawiono realizację sposobu według wynalazku w systemie zasilania układu antenowego AN zawierającym układ promienników RAD, który zawiera N promienników RAD. System zasilania układu antenowego AN realizujący sposób według wynalazku jest przystosowany do wygenerowania różnic faz zasilania F2-F1, F3-F2.....FN-FN-1 pomiędzy promiennikami RAD, a także amplitud pobudzeń A1, A2.....AN, które mogą, ale nie muszą być jednakowe.

PL 229 431 Β1

Kolejne promienniki RAD są zasilane na przemian z dodatnią i ujemną różnicą fazy F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1, a dwie sąsiednie różnice fazy ze zbioru F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1 w co najmniej jednym przypadku mają taki sam kierunek zmiany, przy czym wszystkie fazy zasilania F1, F2, F3, F4.....FN są normalizowane do przedziału od 0° do 360°. Oznacza to, że sekwencja naprzemiennej zmiany względnej fazy zasilania F1, F2, F3, F4.....FN jest zaburzona poprzez wprowadzenie co najmniej jednej monofonicznej sekwencji zmiany fazy w zbiorze faz F1, F2, F3, F4.....FN, dla co najmniej dwóch kolejnych promienników RAD.

W przypadku mniejszej liczby pięter (na przykład 8 pięter) takie zakłócenie występuje jedno i najczęściej występuje na jednym z krańców układu antenowego AN. W przypadku większej liczby pięter (na przykład 16 pięter) w układzie antenowym AN może wystąpić kilka odcinków oscylacyjnego charakteru zmiany różnic faz F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1, korzystnie każdy z tych odcinków ma różne amplitudy zmian (większe, mniejsze itp.), a odcinki te są poprzedzielane monofoniczną zmianą dwóch kolejnych różnic faz ze zbioru F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1.

Różnice faz F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1 co do wartości bezwzględnej nie są takie same, inaczej mówiąc amplituda zmian względnych faz zasilania F1, F2, F3, F4..... FN pomiędzy kolejnymi promiennikami RAD nie jest taka sama, chociaż możliwy jest przykład wykonania z taką sama amplitudą różnicy faz F2-F1, F3-F2, F4-F3..... FN-FN-1. Amplitudy pobudzeń A1, A2, A3, A4.....AN korzystnie są takie same, ale są możliwe przykłady wykonania z różnymi amplitudami pobudzeń A1, A2, A3, A4.....AN.

W innych przykładach wykonania sposób według wynalazku realizuje się w systemie zasilania zawierającym 16 lub 24 piętra z promiennikami RAD. W korzystnym przykładzie wykonania powinna być parzysta liczba promienników RAD, taka jak 10, 12, 14, 18, 20, 22, 26, itd. W innych przykładach wykonania stosuje się układy antenowe AN z liczbą promienników RAD do 72 i więcej. Dopuszczalna jest także nieparzysta liczba promienników RAD.

Sposób zasilania układu antenowego opisany powyżej może dotyczyć zarówno układu liniowego (na przykład dla anten stacji bazowych) jak i układu płaszczyznowego (na przykład anteny radarów albo anteny stacji bazowych o wielu wiązkach w płaszczyźnie poziomej). Możliwe są także układy antenowe AN dwuwymiarowe: z piętrami (kolumnami) i wierszami. Wtedy każda kolumna stanowi podukład antenowy i do każdej z kolumn (lub tylko do wybranych kolumn) można zastosować zaproponowane rozwiązanie. Taki płaszczyznowy układ antenowy AN będzie miał zastosowanie w technice radarowej (anteny radarów).

Claims

1. Sposób zasilania układu antenowego, w którym wszystkie względne fazy zasilania, normalizowane do przedziału od 0° do 360°, kolejnych promienników układu zmienia się i otrzymuje się charakterystykę zbliżoną do charakterystyki kosekansowej, znamienny tym, że promienniki zasila się z co najmniej jednym zaburzeniem faz zasilających kolejne promienniki takim, że para kolejnych zmian różnicy fazy zasilającej tych promienników ma taki sam kierunek zmiany, przy czym kierunek zmiany różnicy fazy skrajnego promiennika z zaburzeniem oraz sąsiadującego promiennika jest przeciwny względem kierunku zmiany zaburzenia, podczas gdy pozostałe pary promienników są zasilane ze zmiennymi różnicami fazy, które są przeciwne względem sąsiadującej pary promienników, przy czym jeśli występuje więcej niż jedno zaburzenie, wówczas zaburzenia są oddzielone przerwą, czyli co najmniej dwiema różnicami faz, przy czym każda różnica fazy w przerwie ma przeciwny kierunek zmiany względem sąsiadujących różnic faz.

2. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że gdy liczba promiennikówjest mniejsza niż 16, wówczas występuje jedno zaburzenie.

3. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że gdy liczba promienników wynosi 16, wówczas występuje jedno zaburzenie.

4. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że gdy liczba promiennikówjest większa niż 16, wówczas występują dwa zaburzenia.

5. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że taki sam kierunek zmiany fazy (F1, F2, F3, F4.....FN) sąsiednich promienników (RAD) uzyskuje się poprzez zasilanie promienników (RAD) z dodatnią różnicą fazy (F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1).

PL 229 431 Β1

6. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że taki sam kierunek zmiany fazy (F1, F2, F3, F4.....FN) sąsiednich promienników (RAD) uzyskuje się poprzez zasilanie promienników (RAD) z ujemną różnicą fazy (F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1).

7. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że zasila się promienniki (RAD) ze zmienną amplitudą różnic faz (F2-F1, F3-F2, F4-F3.....FN-FN-1).

8. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że zasila się promienniki (RAD) z taką samą amplitudą pobudzeń (A1, A2, A3, A4.....AN).

9. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że zasila się promienniki (RAD) z różną amplitudą pobudzeń (A1, A2, A3, A4.....AN).

10. Sposób zasilania według zastrz. 1, znamienny tym, że co najmniej 8 promienników (RAD) rozmieszcza się w odstępach pomiędzy nimi około połowy długości fali.