Antena z elektronicznie sterowana wiazka typu ESPAR Wynalazek dotyczy konstrukcji anteny z elektronicznie sterowana wiazka w plaszczyznie horyzontalnej typu ESPAR z opracowanymi elementami modyfikujacymi jej charakterystyke promieniowania w plaszczyznie elewacyjnej. Wynalazek ma zastosowanie w systemach komunikacji bezprzewodowej, gdzie wprowadza funkcjonalnosc sterowania kierunkiem promieniowania i mozliwosc adaptacji ksztaltu charakterystyki promieniowania anteny do konkretnych warunków. Znane sa anteny rekonfigurowalne bedace w stanie wykryc kierunek, z którego nadaje konkretne urzadzenie radiowe i skierowac swoja wiazke glówna w te strone. Wlasciwoscia pozwalajaca tego dokonac jest mozliwosc ksztaltowania charakterystyki promieniowania, która typowo osiagana jest poprzez zastosowane szyków antenowych z mozliwoscia sterowania zaleznosciami fazowymi pomiedzy elementami. Implementacja takiego rozwiazania wymaga zastosowania drogich elementów jakimi sa przesuwniki fazy oraz zaprojektowania skomplikowanej sieci zasilajacej poszczególne elementy, która równiez negatywnie wplywa na efektywnosc energetyczna anteny. Cechy te sprawiaja, ze anteny tego typu nie nadaja sie do zastosowania w prostych urzadzeniach np. Internetu Rzeczy (ang. loT - lnternet-of-Things), lub bezprzewodowych sieciach sensorowych (ang. WSN - Wireless Sensor Network). Odpowiedzia na potrzeby tego typu systemów sa anteny typu ESPAR (ang. Electronically Steerable Parasitic Array Radiator), czyli grupa anten osiagajaca funkcjonalnosc ksztaltowania wiazki dzieki zastosowaniu elementów pasozytniczych/pasywnych, czyli takich, do których nie doprowadza sie sygnalu pobudzajacego. Typowa konstrukcja anteny ESPAR, znana np. z opisu patentowego US6606057, sklada sie z pojedynczego elementu aktywnego, który pobudzany jest za pomoca sygnalu radiowego i otaczajacych go kilku elementów pasywnych, podlaczonych jedynie do jednowrotnika (ukladu mikrofalowego o jednych wrotach bedacych PL 439415 A1 2/25jednoczesnie wejsciem i wyjsciem ukladu) o elektronicznie sterowanej impedancji. Znane sa konstrukcje zarówno nieposiadajace plaszczyzny masy, np. oparte o elementy w formie anten dipolowych, jak i takie, które posiadaja plaszczyzne masy np. oparte o umieszczone nad nia elementy monopolowe. Druga z wymienionych opcji jest szczególnie wartosciowa z perspektywy mozliwych zastosowan, gdyz wspomniana plaszczyzna masy pozwala umiescic na jej spodniej warstwie uklad sterujacy, zmniejszajac tym samym jego wplyw na dzialanie anteny. Wykorzystanie plaszczyzny masy niesie za soba konsekwencje w postaci podniesienia kierunku wiazki glównej w plaszczyznie elewacyjnej, (typowo jest to ok. 60° wzgledem kierunku prostopadlego do plaszczyzny masy). Taka wlasciwosc moze byc niepozadana, np. w przypadku, gdy urzadzenia, z którymi ma nastapic komunikacja radiowa znajduja sie w plaszczyznie horyzontalnej anteny. W zwiazku z tym powstaly konstrukcje pozwalajace na uzyskanie horyzontalnego kierunku promieniowania, znane np. z publikacji R. Schlub and D. V. Thiel, "Switched parasitic antenna on a finite ground piane with conductive sleeve," in IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 52, no. 5, pp. 1343-1347, May 2004, doi: 10.1109/TAP.2004.827504, gdzie wykorzystano w tym celu metalowy kolnierz dolaczony do krawedzi plaszczyzny masy. Z kolei w konstrukcji znanej z opisu patentowego US6606057B2 zastosowano, otaczajacy elementy pasywne, ustawiony na plaszczyznie masy dielektryczny pierscien, który oprócz uzyskania horyzontalnego kierunku maksymalnego promieniowania ma równiez zwiekszac zysk anteny. W obu tych przypadkach do osiagniecia celu wymagana jest modyfikacja projektu bazowego anteny (przed wprowadzeniem dodatkowych elementów) w zakresie modyfikacji plaszczyzny masy, czy dostrojenia impedancji jednowrotników podlaczonych do elementów pasywnych. W opisanych wczesniej konstrukcjach anten typu ESPAR elementy odpowiadajace za mozliwosc przelaczania kierunku wiazki glównej anteny w plaszczyznie horyzontalnej pozwalaja równiez na stosunkowo swobodny dobór parametrów charakterystyki PL 439415 A1 3/25promieniowania w przekroju horyzontalnym (np. szerokosc wiazki trzydecybelowej). Problem stanowi natomiast optymalizacja ksztaltu w przekroju elewacyjnym. Zwykle charakterystyka w tym przekroju nachylona jest pod pewnym stalym, zwiazanym z konstrukcja anteny katem. W przypadku anteny opartej o monopole jest to ok. 60° wzgledem kierunku prostopadlego do plaszczyzny masy. Podobnie trudnosc stanowi konfigurowanie szerokosci trzydecybelowej w przekroju elewacyjnym. Taka sytuacja moze byc nieoptymalna w zaleznosci od przestrzennego rozkladu urzadzen komunikujacych sie z antena. W kazdym praktycznym przypadku komunikacji bezprzewodowej pozadane jest, aby mozliwie duza czesc mocy byla wypromieniowana w strone tych urzadzen. Z jednej strony poprawia to jakosc polaczenia z nimi, z drugiej zmniejsza podatnosc na sygnaly niepozadane, nadchodzace z innych kierunków. Tak jak wspomniano wczesniej maksimum promieniowania dla znanej anteny ESPAR bazujacej na elementach monopolowych wypada na ok. 60°. Zatem dla przypadku gdy antena 1 zamontowana jest na suficie pomieszczenia, lacze bezprzewodowe ma najlepsze parametry w sytuacji przedstawionej na fig. 1, czyli gdy urzadzenia bezprzewodowe 2 znajduja sie na wysokosci zblizonej do h2, czyli wlasnie pod katem, na którym znajduje sie maksimum promieniowania. Natomiast, w przypadku przedstawionym na fig. 2, gdy urzadzenia 2 znajduja sie na zblizonej wysokosci (np. na wysokosci hl, lub równiez na suficie) wówczas poprawe parametrów przyniosloby zwiekszenie kata nachylanie wiazki (60°) oraz analogicznie, w przypadku przedstawionym na fig. 3 korzystne byloby zmniejszenie nachylenia (<60°). Z kolei w sytuacji przedstawionej na fig. 4, gdy urzadzenia bezprzewodowe 2 znajduja sie na róznych wysokosciach, poszerzenie wiazki, tak zeby mozliwie równomiernie pokrywala szeroki zakres katowy zapewnieni zblizone warunki komunikacji dla wszystkich urzadzen. Zatem, wymagania co do charakterystyki promieniowania beda inne, gdy urzadzenia znajduja sie na zblizonej wysokosci (np. antena na pojezdzie autonomicznym) i inne gdy zamontowane beda znacznie nizej od niej (np. antena na suficie hali magazynowej). Trzecim przykladem moze byc sytuacja, w której nie mozna okreslic pojedynczego kierunku (w elewacji), w którym PL 439415 A1 4/25sie znajduja sie urzadzenia, wówczas najlepiej byloby zapewnic jak najbardziej równomierne pokrycie calej przestrzeni w kierunku elewacyjnym. Tak jak napisano wczesniej, znane sa juz konstrukcje kierujace wiazke glówna w strone kierunku zgodnego z plaszczyzna masy anteny, brakuje natomiast uniwersalnego rozwiazania pozwalajacego osiagnac równiez inne zalezne od konkretnego zastosowania cele: skierowanie wiazki w celu osiagniecia maksimum promieniowania w innym kierunku niz horyzontalny czy poszerzenie wiazki trzydecybelowej w celu zapewnienia pokrycia maksymalnego zakresu katowego dla równomiernego wypromieniowywania energii w kierunku elewacyjnym. Aby rozwiazanie mozna bylo latwo zastosowac w praktyce oraz dopasowac do wymaganych zastosowan, bardzo wazne jest równiez, aby nie wymagalo modyfikacji konstrukcji anteny bazowej, tzn. zeby w prosty sposób pozwalalo dostosowac te sama antene do róznych sytuacji. Stad cel wynalazku, czyli opracowanie rozwiazania umozliwiajacego latwe dostosowanie charakterystyki raz wyprodukowanej anteny bazowej do konkretnych potrzeb. Cel zostal uzyskany dzieki wprowadzeniu w otoczenie anteny dielektrycznego pierscienia, który zmienia ksztalt charakterystyki promieniowania w plaszczyznie elewacyjnej. Wynalazek pozwoli na zmiane ksztaltu elewacyjnego przekroju charakterystyki promieniowania, a nie tylko horyzontalnego jak w znanych antenach ESPAR, i tym samym umozliwi stosowanie tej samej anteny bazowej w róznych konfiguracjach przestrzennych urzadzen (sytuacje przedstawione na fig. 1-4) wylacznie poprzez proste dostosowanie cech pierscienia dielektrycznego wedlug wynalazku. Tym samym uzycie wynalazku pozwoli na poprawienie jakosci transmisji, zwiekszajac tym samym odpornosc na zaklócenia i poprawiajac dokladnosc algorytmów estymujacych kat nadchodzacych sygnalów. Wynalazek dotyczy konstrukcji anteny z elektronicznie sterowana wiazka typu ESPAR - która jest znana i stanowi bazowa antene, której charakterystyke promieniowania PL 439415 A1 /25modyfikuje sie poprzez pierscien dielektryczny, zwany dalej i zamiennie pierscieniem, który pozwala na zmiane charakterystyki promieniowania w plaszczyznie elewacyjnej. W opisie stosuje sie termin antena bazowa - znana bez pierscienia. Antena wg. wynalazku - to antena, której czescia jest pierscien - czyli antena z elementem do modyfikacji charakterystyki promieniowania. Wykorzystanie bazowej antena ESPAR umozliwia sterowanie kierunkiem promieniowania w plaszczyznie horyzontalnej, natomiast znamienna cecha anteny wedlug wynalazku jest modyfikacja ksztaltu charakterystyki promieniowania w plaszczyznie elewacyjnym dzieki opracowanym cechom wprowadzonego pierscienia dielektrycznego. Pod pojeciem pierscienia rozumie sie bryle geometryczna ograniczona powierzchnia toroidu, czyli powstala w skutek obrotu dowolnej plaskiej krzywej zamknietej wokól osi lezacej w plaszczyznie tej krzywej, ale nieprzecinajacej jej. Wedlug wynalazku os obrotu przechodzi przez srodek podstawy anteny bazowej i jest do niej prostopadla, zatem pierscien osadzony jest równolegle do podstawy anteny, a jego srodek pokrywa sie ze srodkiem podstawy anteny bazowej. Wedlug wynalazku korzystnie, gdy obracana krzywa zamknieta - figura w przekroju podluznym tworzaca pierscien i widoczna w przekroju podluznym pierscienia jest okrag, wówczas promien takiego okregu dalej nazywany jest promieniem przekroju podluznego pierscienia Ro. Innym mozliwym ksztaltem jest wielokat foremny. W obu tych przypadkach mozna wskazac promien okregu nazywany wspólnie jako Ro - promien przekroju podluznego pierscienia. Przykladem wielokata foremnego moze byc osmiokat, wówczas promien opisanego na nim okregu dalej nazywany jest promieniem przekroju podluznego pierscienia Ro. Odleglosc srodka okregu (lub okregu opisanego na wielokacie foremnym) od osi obrotu - czyli do srodka podstawy anteny bazowej w przekroju poprzecznym, dalej nazywana jest promieniem pierscienia R, natomiast odleglosc srodka okregu (lub okregu opisanego na PL 439415 A1 6/25wielokacie foremnym) od plaszczyzny, w której znajduje sie podstawa anteny dalej nazywana jest odlegloscia pierscienia od podstawy anteny bazowej H. Pierscien moze znajdowac sie zarówno w plaszczyznie podstawy anteny bazowej (H = O), jak i ponad (H O) lub pod (H < O) nia ale zawsze równolegle do plaszczyzny podstawy anteny bazowej. W zwiazku z tym istnieja konfiguracje, w których pierscien styka sie z podstawa anteny bazowej - wówczas mozliwe jest zamontowanie go bezposrednio do podstawy anteny bazowej. W innych przypadkach (pierscien nie styka sie z podstawa anteny bazowej) konieczne jest wprowadzenie dodatkowych elementów pozycjonujacych (np. w formie filarów), które zapewnia zadana odleglosc od podstawy anteny bazowej H. W przypadku osadzenia pierscienia za pomoca elementów pozycjonujacych - istotnym jest aby material z jakiego sa zbudowane charakteryzowal sie niska wzgledna przenikalnoscia elektryczna w zakresie 1,01 - 3, moze to byc ten sam material, którego zbudowany jest pierscien lub inny (szczególnie gdy przenikalnosc materialu pierscienia jest wysoka - wieksza niz 3). Istota wynalazku jest dobranie nastepujacych cech pierscienia dielektrycznego: promien pierscienia w przekroju poprzecznym R, promien przekroju podluznego pierscienia Ro, odleglosc pierscienia od podstawy anteny bazowej H oraz wzgledna przenikalnosc elektryczna materialu, z którego jest wykonany pierscien. Tym sposobem osiaga sie pozadana modyfikacje charakterystyki promieniowania. Istota wynalazku to wzgledna przenikalnosc elektryczna materialu, z którego wykonany jest pierscien zawierajaca sie w zakresie od 2 do 20, promien pierscienia R zawierajacy sie w zakresie od 0,5 11.0 do 1 11.0, promien przekroju podluznego Ro pierscienia zawierajacy sie w zakresie od 0,05 11.0 do 0,2 11.0 i odleglosc pierscienia od podstawy anteny H zawierajaca sie w zakresie w zakresie od - 0,3 11.0 do 0,3 11.0. 11.0 to dlugosc fali elektromagnetycznej w wolnej przestrzeni. Czyli, podsumowujac wszystkie istotne cechy wynalazku, zwlaszcza pierscienia to: 1. Przenikalnosc elektryczna materialu z którego jest wykonany PL 439415 A1 7/252. R, H, Ro - w odpowiednich zakresach 3. Pierscien jest ustawiony równolegle do podstawy anteny bazowej - os obrotu krzywej zamknietej jest prostopadla do podstawy 4. Srodek pierscienia pokrywa sie ze srodkiem podstawy anteny bazowe w przekroju poprzecznym - os obrotu krzywej zamknietej przechodzi przez srodek podstawy anteny bazowej. W korzystnym wariancie wynalazku pierscien osadzony jest na elemencie pozycjonujacym pierscien wzgledem anteny, korzystnie w postaci co najmniej trzech filarów, przy czym material za jakiego wykonany jest element pozycjonujacy ma wzgledna przenikalnosc elektryczna w zakresie od 1,01 do 3. Element pozycjonujacy moze byc wykonany z tego samego materialu co pierscien lub z innego materialu o takiej samej przenikalnosci elektrycznej lub z innego materialu o innej przenikalnosci elektrycznej, korzystnie gdy pierscien zbudowany jest z materialu o wyzszej przenikalnosci, niz element pozycjonujacy. Korzyscia wynalazku jest jego uniwersalnosc, wprowadzenie pierscienia nie wymaga modyfikacji projektu anteny bazowej. W zwiazku z tym mozna wykorzystac jedna antene bazowa i dostosowac jej charakterystyke do róznych sytuacji jedynie poprzez zmiane parametrów pierscienia, czyli promienia przekroju podluznego pierscienia Ro, promienia w przekroju poprzecznym przez pierscien R, wysokosci pierscienia od podstawy anteny bazowej H i wzglednej przenikalnosci elektrycznej - w zakresach podanych powyzej. Wynalazek opisano blizej w przykladach wykonania i na rysunku, gdzie: Na fig. 1-4 to figury pokazujace stan techniki - zobrazowano problematyke zwiazana ze znanymi antenami ESPAR i cel wynalazku. PL 439415 A1 8/25Na fig. 5 znana antene bazowa ESPAR w widoku aksonometrycznym - element wynalazku Na fig. 6 znana antene bazowa ESPAR w przekroju podluznym - element wynalazku Na fig. 7 wynalazek czyli antene z pierscieniem wykorzystujaca konstrukcje anteny bazowej w widoku aksonometrycznym - ogólny przyklad realizacji wynalazku Na fig. 8 przekrój podluzny anteny z pierscieniem - realizacja przykladu 1. wynalazku Na fig. 9 wykres znormalizowanej charakterystyki promieniowania dla przykladu 1. w przekroju elewacyjnym Na fig. 10 przekrój podluzny anteny z pierscieniem w innej realizacji - realizacja przykladu 2. wynalazku Na fig. 11 wykres znormalizowanej charakterystyki promieniowania dla przykladu 2. w przekroju elewacyjnym. Przyklad ogólny W wynalazku stosuje sie znana konstrukcje anteny bazowej typu ESPAR z przelaczana wiazka 3. Antene bazowa ESPAR przedstawiono na fig. 5, natomiast na fig. 6 jest jej przekrój porzeczny. Dopracowano nastepujace cechy wynalazku. Podstawa 4 anteny bazowej 3 zrealizowana jest w formie okraglej plytki z obwodem drukowanym o promieniu Rg w zakresie od 0,5 11.0 do 0,7 11.0 (11. 0 - dlugosc fali w wolnej przestrzeni), której górna warstwa stanowi plaszczyzne masy anteny, natomiast po drugiej stronie zamontowane sa elementy elektroniczne. Na srodku podstawy 4 anteny bazowej 3 znajduje sie element aktywny 5, o wysokosci Ha w zakresie od 0,2 i\o do 0,3 'J...0, w postaci anteny monopolowej. Antena pobudzana jest za pomoca zlacza wspólosiowego 7 (np. SMA ang. SubMiniature version A) - przewód wewnetrzny polaczony jest z PL 439415 A1 9/25elementem aktywnym 5, natomiast przewód zewnetrzny z plaszczyzna masy anteny znajdujaca sie na podstawie 4 anteny bazowej. Element aktywny 5 otacza od 2 do 24 elementów pasywnych 6 o wysokosci Hp w zakresie od 0,2 i\0 do 0,3 i\0 , równomiernie rozmieszczonych na okregu o promieniu Rp w zakresie od 0,25 i\0 do 0,5 i\0 , równiez w postaci anten monopolowych, te jednak podlaczone sa do jednowrotników o elektronicznie sterowanej impedancji 8. Ustawianie impedancji zblizonej do elektrycznego zwarcia sprawia, ze element przyjmuje funkcje reflektora (odbija fale elektromagnetyczna), natomiast ustawienie impedancji zblizonej do elektrycznego rozwarcia sprawia, ze element przyjmuje funkcje direktora (przepuszcza fale elektromagnetyczna). W przypadku gdy wszystkie elementy pasywne sa direktorami antena ma dookólna charakterystyke promieniowania, ustawienie przynajmniej jednego reflektora powoduje, ze zaczyna nabierac ona wlasciwosci kierunkowych. Optymalne wlasnosci kierunkowe uzyskuje sie w przypadku 40 - 60 % elementów ustawionych na funkcje reflektora. Cykliczna zmiana funkcji elementów pozwala na przemiatanie kierunku promieniowania w plaszczyznie horyzontalnej w zakresie 360°, rozdzielczosc dyskretnych przelaczen zalezy od liczby elementów pasywnych (np. dla 12: 360° /12 = 30°). Znamienna cecha wynalazku jest obecnosc dielektrycznego pierscienia 9 w formie toroidu. W tym przykladzie, ma on kolowy ksztalt przekroju podluznego przez pierscien, czyli figura tworzaca pierscien jest okrag. Ogólny przyklad realizacji wynalazku przedstawiono na fig. 7. Wedlug wynalazku opracowano, ze: wzgledna przenikalnosc elektryczna materialu, z którego jest wykonany jest pierscien 9 zawiera sie w zakresie od 2 do 20, promien pierscienia w przekroju poprzecznym R zawiera sie w zakresie od 0,5 i\0 do 1 i\0 , promien przekroju podluznego pierscienia Ro zawiera sie w zakresie od 0,05 i\o do 0,2 i\o, a odleglosc pierscienia od podstawy anteny H zawiera sie w zakresie w zakresie od -0,3 i\o do 0,3 ll.0• Pokazano to na fig. 7-8 - R, Ro i H. W tym przykladzie korzystnym, pierscien 9 polaczony jest z podstawa anteny za pomoca elementów pozycjonujacych 10 do pozycjonowania pierscienia wzgledem PL 439415 A1 /25podstawy anteny na wysokosci H, korzystnie w formie filarów np. trzech - czterech. Konkretna forma elementów pozycjonujacych 10 ma drugorzedne znaczenie, poniewaz wykonane sa z materialu dielektrycznego o niskiej wzglednej przenikalnosci elektrycznej w zakresie od 0,01 do 3, np. ABS - terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy o wzglednej przenikalnosci elektrycznej ok. 2,6, w zwiazku z tym ich wplyw na charakterystyke promieniowania jest zminimalizowany. Zasada dzialania wynalazku opiera sie na wykorzystaniu propagacyjnych wlasciwosci materialu dielektrycznego, z którego wykonany jest pierscien. Charakteryzuje sie on wieksza przenikalnoscia elektryczna od powietrza i w zwiazku z tym jego obecnosc w otoczeniu anteny wplywa na sposób propagacji fali elektromagnetycznej i w konsekwencji zmienia charakterystyke promieniowania anteny. Z jednej strony wystepuja odbicia na granicy osrodków (powietrze-dielektryk) zwiazane z róznica impedancji, z drugiej nastepuje spowolnienie fali propagujacej sie przez dielektryk budujacy pierscien. Figura budujaca pierscien, okreslajaca jego ksztalt w przekroju podluznym, której obrót tworzy pierscien nie musi byc okregiem, ale wielokatem foremnym np. szesciokatem lub osmiokatem, korzystnie jednak jest to okrag. Stosowana figura to osmiokat foremny, a opisany na nim okrag ma promien Ro. Ze wzgledu na stosowana metode produkcji moze okazac sie, ze znacznie wygodniej jest wyprodukowac pierscien o przekroju podluznym osmiokatnym (np. druk 3D). W przypadku zamiany okregu na wielokat ten sam efekt w kontekscie wplywu na charakterystyke promieniowania mozna osiagnac tak dostosowujac Ro, aby pola powierzchni wielokata i okregu byly jednakowe. W zwiazku z tym, dobierajac wartosci parametry pierscienia 9 (promien pierscienia R, promien przekroju poprzecznego pierscienia Ro, odleglosc pierscienia od podstawy anteny H, wzgledna przenikalnosc elektryczna) mozna osiagnac rózne efekty w kontekscie ksztaltu charakterystyki promieniowania anteny w przekroju elewacyjnym, takie jak: PL 439415 A1 11/25zmiana kierunku (pochylenie lub podniesienie) wiazki glównej wzgledem plaszczyzny masy, zwiekszenie trzydecybelowej szerokosci wiazki w celu zapewnienia równomiernego rozkladu w wybranym zakresie katowym lub jej skupienie w celu zwiekszenia zysku. Konkretne kombinacje parametrów pierscienia zestawione z uzyskiwanym efektem przedstawiono w przykladach w dalszej czesci opisu. Wynalazek znamienny jest równiez tym, ze pozwala na latwa zmiane parametrów calej anteny, poprzez wymiane pierscienia na taki realizujacy odmienny cel, ale parametry pierscienia (R, Ro, H i wzgledna przenikalnosc elektryczna) musza zawierac w ustalonych zakresach. Zatem, zastosowanie wynalazku nie wymaga ingerencji w konstrukcje anteny bazowej. Wynalazek ma zastosowanie w systemach bezprzewodowych gdzie pozwala dopasowac charakterystyke promieniowania anteny ESPAR do konkretnego rozkladu urzadzen. Co wiecej, oznacza to ze wystarczy miec jeden projekt anteny bazowej i w zaleznosci od potrzeb dobierac odpowiednio cechy pierscienia jednakze w opracowanym zakresie R, Ro i Hi wzglednej przenikalnosci elektrycznej. Przykladem zastosowania moze byc sytuacja, w której wynalazek montowany jest na suficie hali magazynowej, a ma komunikowac sie z urzadzeniami znajdujacymi sie na ziemi. Wówczas wynalazek mozna wykorzystac aby zapewnic wiekszy poziom sygnalu w obszarze bezposrednio pod antena w stosunku do przypadku bez pierscienia dielektrycznego. Natomiast jesli te urzadzenia zamontowane beda na zblizonej wysokosci w stosunku do wynalazku, wówczas zamontowany zostanie pierscien pozwalajacy na skupienie promieniowania w plaszczyznie zblizonej do horyzontalnej. W sytuacji gdy wynalazek zamontowany bedzie na robocie inspekcyjnym odbierajacym dane z róznego rodzaju sensorów znajdujacych sie w róznych miejscach i na róznych wysokosciach, modyfikacja wynalazku pozwoli na maksymalne poszerzenie wiazki anteny, aby zapewnic niezawodna komunikacje z kazdym z sensorów. PL 439415 A1 12/25Wynalazek charakteryzuje sie mniejsza zlozonoscia konstrukcji, nizsza cena oraz poborem mocy w stosunku do antenowych szyków fazowych standardowo stosowanych do realizacji tej funkcji. Dzieki tym cechom wynalazek moze byc wykorzystany w bezprzewodowych sieciach sensorowych, gdzie wykorzystanie kierunkowej charakterystyki promieniowania pozwala na obnizenie wymaganych do poprawnej komunikacji mocy nadawczych, skutkujac wydluzonym czasem pracy na baterii lub mozliwoscia redukcji liczby niezbednych wezlów poprzez zwiekszenie ich zasiegu. Dodatkowo, w polaczniu z algorytmami estymacji kierunku nadejscia sygnalu mozliwe jest wyznaczanie pozycji urzadzen bezprzewodowych, a mozliwosc modyfikacji ksztaltu wiazki anteny w kierunku elewacyjnym pozwala na poprawienie dokladnosci tej estymacji, a w efekcie równiez wyznaczania ich pozycji. Inna mozliwoscia jest zastosowanie wynalazku w systemach komunikacji miedzy pojazdami w celu poprawy jakosci lacza w wymagajacym, silnie odbiciowym srodowisku (np. centrum miasta}, w którym tego typu systemy sa wykorzystywane. Wykorzystanie pierscienia modyfikujacego kierunek wiazki w plaszczyznie elewacyjnej pozwala na zapewnienie bardziej stabilnej komunikacji z elementami infrastruktury drogowej umieszczonej na konkretnej wysokosci wzgledem pojazdu. Dzieki temu manipulowanie kierunkiem wiazki zmniejszy poziom sygnalów odbieranych z niepozadanych kierunków, tym samym poprawiajac bezpieczenstwo komunikacji poprzez zwiekszenie odpornosci na sygnaly zaklócajace. Przyklad szczególowy 1. Przykladem wykonania wynalazku jest antena, której przekrój podluzny przedstawiono na fig. 8. W tym przykladzie antena pracuje na czestotliwosci 2,45 GHz. Element aktywny 5 anteny zrealizowany jest w formie metalowego preta o dlugosci Ha= 26,4 mm (0,22 Aa) umieszczony jest na srodku podstawy 4 promieniu Rg= 76,2 mm (0,62 Aa) i pobudzany za pomoca zlacza SMA (typ zlacza wspólosiowego 7). Podstawa 4 anteny bazowej zrealizowana jest w formie plytki PCB, wykorzystujacej laminat FR4 (plytka z obwodem drukowanym}, której górna warstwa metalizacji stanowi PL 439415 A1 13/25plaszczyzne masy anteny. Element aktywny 5 otoczony jest przez 12 elementów pasywnych 6 w formie metalowych pretów o dlugosci Hp= 25,7 mm (0,21 Aa). Elementy pasywne 6 sa równomiernie na okregu o promieniu Rp= 46,8 mm (0,38 Aa). Elementy pasywne 6 podlaczone sa do kluczy mikrofalowych (realizacja jednowrotnika o elektronicznie sterowanej impedancji 8) pozwalajacych na ich rozwarcie lub zwarcie do plaszczyzny masy/podstawy 4. Piec kolejnych elementów pasywnych jest rozwartych dzialajac jak direktory, natomiast pozostale siedem sa zwarte do masy dzialajac jak reflektory. Kluczowa czescia anteny jest pierscien dielektryczny 9 wykonany z materialu o wzglednej przenikalnosci dielektrycznej równej 10 (w tym przypadku zastosowano PREPERM® 3D ABSlO00 filament), a pozostale jego parametry to: promien pierscienia R = 89,2 mm (0,73 Aa), promien przekroju poprzecznego Ro= 12,4 mm (0,1 Aa) i odleglosc pierscienia od podstawy anteny H = 20,6 mm (0,17 Aa). W zwiazku z tym pierscien 9 nie styka sie z antena bazowa 3. Pierscien 9 z antena bazowa 3 polaczony jest za pomoca elementów pozycjonujacych 10, w formie czterech równomiernie rozstawionym na obwodzie podstawy anteny bazowej 4 filarów wykonane sa z materialu o niskiej wzglednej przenikalnosci elektrycznej (w tym przypadku ABS - terpolimer akrylonitrylo-butadieno styrenowy o wzglednej przenikalnosci wynoszacej ok. 2,6). Dzieki opracowanej antenie wedlug przykladu 1. uzyskano efekt pochylenia wiazki w kierunku podstawy/plaszczyzny masy, zwiekszajac tym samym czesc mocy promieniowanej w kierunku horyzontalnym. Porównanie ksztaltów elewacyjnych przekrojów charakterystyki promieniowania anteny wedlug wynalazku (z pierscieniem) i anteny bazowej (bez pierscienia) przedstawiono na fig. 9. Efektem osiaganym w przykladzie 1. Jest pochylenie wiazki, a nie jej poszerzenie, dlatego nie jest ujety w tabeli 1. Z wykresu na fig. 9. wynika, ze maksimum promieniowania w przekroju elewacyjnym dla anteny z przykladu 1. wystepuje na kacie wiekszym niz w przypadku anteny bazowej (bez pierscienia), zatem wiazka glówna zostala pochylona w kierunku podstawy anteny. PL 439415 A1 14/25Przyklad szczególowy 2. Innym przykladem wykonania wynalazku jest antena, której przekrój podluzny przedstawiono na fig. 8. W tym przykladzie antena pracuje na czestotliwosci 2,45 GHz. Element aktywny 5 anteny zrealizowany jest w formie metalowego preta o dlugosci Ha= 26,4 mm (0,22 Aa) umieszczony jest na srodku podstawy 4 promieniu Rg= 76,2 mm (0,62 Aa) i pobudzany za pomoca zlacza SMA (typ zlacza wspólosiowego 7). Podstawa 4 anteny bazowej zrealizowana jest w formie plytki PCB, wykorzystujacej laminat FR4 (plytka z obwodem drukowanym), której górna warstwa metalizacji stanowi plaszczyzne masy anteny. Element aktywny 5 otoczony jest przez 12 elementów pasywnych 6 w formie metalowych pretów o dlugosci Hp= 25,7 mm (0,21 Aa). Elementy pasywne 6 sa równomiernie na okregu o promieniu Rp= 46,8 mm (0,38 Aa). Elementy pasywne 6 podlaczone sa do kluczy mikrofalowych (realizacja jednowrotnika o elektronicznie sterowanej impedancji 8) pozwalajacych na ich rozwarcie lub zwarcie do plaszczyzny masy/podstawy 4. Piec kolejnych elementów pasywnych jest rozwartych dzialajac jak direktory, natomiast pozostale siedem sa zwarte do masy dzialajac jak reflektory. Ponownie, kluczowa czesc anteny stanowi dielektryczny pierscien 9, ale o innych niz w przykladzie 1. parametrach. Tym razem wykonany jest z materialu o wzglednej przenikalnosci dielektrycznej równej 7,5 (w tym przypadku zastosowano PREPERM® 3D ABS750 filament), a pozostale jego parametry to: promien pierscienia R = 94 mm (0,77 Aa), promien przekroju poprzecznego Ro= 16 mm (0,13 Aa) i odleglosc pierscienia od podstawy anteny H = -5,6 mm (-0,05 Aa). W zwiazku z tym pierscien 9 nie styka sie z antena bazowa 3. Pierscien 9 z antena bazowa 3 polaczony jest za pomoca elementów pozycjonujacych , w formie czterech równomiernie rozstawionym na obwodzie podstawy anteny 4 filarów, wykonane sa z materialu o niskiej wzglednej przenikalnosci elektrycznej (w tym przypadku ABS - terpolimer akrylonitrylo-butadieno-styrenowy o wzglednej przenikalnosci wynoszacej ok. 2,6). Dzieki opracowanej antenie wedlug przykladu 2. uzyskano efekt PL 439415 A1 /25zwiekszenia szerokosci wiazki w plaszczyznie elewacyjnej, zapewn1aiac tym samym pokrycie przestrzeni w szerszym zakresie katowym. Porównanie ksztaltów elewacyjnych przekrojów charakterystyki promieniowania anteny wedlug wynalazku (z pierscieniem) i anteny bazowej (bez pierscienia) przedstawiono na fig. 11. Z wykresu na fig. 11 wynika, ze wiazka glówna anteny z przykladu 2. w przekroju elewacyjnym jest szersza niz w przypadku anteny bazowej (bez pierscienia). Wartosci wzglednych przenikalnosci elektrycznych dielektryków tworzacych pierscienie w powyzszych przypadkach sa wartosciami przykladowymi, które w ogólnosci moga przyjmowac dowolne wartosci z przedzialu 2 - 20. Odpowiednio zmieniajac wymiary pierscienia mozna dostosowac jego dzialanie do konkretnej wartosci przenikalnosci i uzyskac zblizony efekt. Jako przyklad, w tabeli ponizej przedstawiono wartosci poszerzenia wiazki trzydecybelowej dla przykladowej realizacji anteny na czestotliwosci 2,45 GHz z wykorzystaniem dielektryka o wzglednej przenikalnosci elektrycznej 2 i 20, a takze wartosci z przykladu 2., czyli 7,5. Potwierdzono tym samy zasadnosc opracowanego zakresu wzglednej przenikalnosci dla pierscienia 2-20. Zmiana szerokosci wiazki Wzgledna trzydecybelowej wzgledem przenikalnosc R Ro H anteny bez pierscienia - elektryczna anteny bazowej 2 0,82 Ao 0,32 Ao -0,12 Ao +64° 7,5 (Przyklad 2.) 0,77 Ao 0,13 Ao -0,05 Ao +84° 0,74Ao 0,08 Ao -0,02 Ao +86° Spis oznaczen z figur: 1 - Antena rekonfigurowalna typu ESPAR - pokazana na rysunkach obrazujacych problematyke stanu techniki - ma odnosic sie ogólnie do róznych anten rekonfigurowalnych typu ESPAR. PL 439415 A1 16/252 - Urzadzenia bezprzewodowe 3 - Bazowa antena ESPAR 4 - Podstawa anteny/ plaszczyzna masy - Element aktywny w formie anteny monopolowej 6 - Elementy pasywne w formie anten monopolowych 7 - Zlacze wspólosiowe 8 - Jednowrotnik o elektronicznie sterowanej impedancji 9 - Pierscien dielektryczny modyfikujacy charakterystyke promieniowania - Elementy pozycjonujace pierscien dielektryczny. PL 439415 A1 17/25Zastrzezenia patentowe 1. Antena z elektronicznie sterowana wiazka ESPAR zawierajaca podstawe (4) anteny bazowej ESPAR (3) stanowiacej plaszczyzne masy, element aktywny (5) w formie anteny monopolowej, elementy pasywne (6) w formie anten monopolowych, zlacze wspólosiowe (7), jednowrotnik o elektronicznie sterowanej impedancji (8), znamienna tym, ze zastosowano element modyfikujacy charakterystyke promieniowania w plaszczyznie elewacyjnej w ten sposób, ze do konstrukcji anteny bazowej (3) wprowadza sie pierscien dielektryczny (9), wykonany z materialu o wzglednej przenikalnosci elektrycznej w zakresie od 2 do 20, przy czym promien pierscienia (9) w przekroju poprzecznym przez pierscien (R) zawiera sie w zakresie od 0,5 i\0 do 1 dlugosc fali w wolnej przestrzeni i\ 0 , natomiast promien pierscienia (9) w przekroju podluznym (Ro), zawiera sie w zakresie od 0,05 i\0 do 0,2 i\0 , a ponadto pierscien (9) osadzony jest w odleglosci H od podstawy (4) anteny bazowej (3) zawierajacej sie w zakresie od -0,3 i\0 do 0,3 i\0 oraz jest do niej równolegly. 2. Antena wedlug zastrz. 1, znamienna tym, ze pierscien (9) osadzony jest na elemencie pozycjonujacym pierscien (10) wzgledem anteny bazowej, korzystnie w postaci co najmniej trzech filarów, przy czym material za jakiego wykonany jest element pozycjonujacy (10) wykonany jest z materialu o wzglednej przenikalnosci elektrycznej w zakresie od 1,01 do 3. 3. Antena wedlug zastrz. 2, znamienna tym, ze element pozycjonujacy (10) wykonany jest z materialu o wzgledna przenikalnosc elektryczna w zakresie od 1,01 do 3 zas material, z którego wykonany jest pierscien (9) ma taka sama wzgledna przenikalnosc dielektryczna lub wieksza. 4. Antena wedlug zastrz. 1 - 3 znamienna tym, ze podstawa (4) anteny bazowej (3) zrealizowana jest w formie okraglej plytki z obwodem drukowanym (4) o promieniu Rg w zakresie od 0,5 i\o do 0,7 dlugosc fali w wolnej przestrzeni i\0 której górna warstwa PL 439415 A1 18/25stanowi plaszczyzne masy anteny, natomiast po drugiej stronie zamontowane sa elementy elektroniczne. . Antena wedlug zastrz. 1-4, znamienna tym, ze na srodku podstawy (4) znajduje sie element aktywny (5) o wysokosci Ha w zakresie od 0,2 Aa do 0,3 Aa w postaci anteny monopolowej, do którego podlaczone jest zlacze wspólosiowe (7), przy czym element aktywny otacza od 2 do 24 elementów pasywnych (6) o wysokosci Hp w zakresie od 0,2 Ao do 0,3 Ao, równomiernie rozmieszczonych na okregu o promieniu Rp w zakresie od 0,25 Aa do 0,5 Aa w postaci anten monopolowych, które podlaczone sa do jednowrotników o elektronicznie sterowanej impedancji (8). 6. Antena wedlug zastrz. 1-5, znamienna tym, ze pierscien (9) w przekroju podluznym ma ksztalt okragly. 7. Antena wedlug zastrz. 1-5, znamienna tym, ze pierscien (9) w przekroju podluznym ma ksztalt ma ksztalt wielokata foremnego. 8. Antena wedlug zastrz. 6 lub 7 znamienna tym, ze szerokosc wiazki glównej anteny bazowej (3) w przekroju elewacyjnym jest zwiekszona. 9. Antena wedlug zastrz. 6 lub 7 znamienna tym, ze wiazka glówna anteny jest odchylona w plaszczyznie elewacyjnej . Antena wedlug zastrz. 9 znamienna tym, ze wiazka glówna anteny odchylona jest w strone podstawy (4) anteny bazowej (3). 11. Antena wedlug zastrz. 2, znamienna tym, ze pierscien (9) wykonany jest z tego samego materialu co elementy pozycjonujace pierscien (10). 12. Antena wedlug zastrz. 2, znamienna tym, ze pierscien (9) wykonany jest z innego materialu niz elementy pozycjonujace pierscien (10). PL 439415 A1 19/25'"· I ~I ~ I ~I il 6l) 1 2, 1/ ..,.,;"'"..,.,, • .,.,1p.,..,,.;,..,~..,.. ,..,.?.,.J.,..1'""'1..,.11..,.1.,./.,../,..,/...,,ll..,.l""l.,..l,..,l,...,J l..,.l.,.l.,..l,..,1,....,/ l..,.l.,.l.,..l,..,l,..,l l .... l..,,.l .... l.,...,l'""'l"""l 1""" 1 1.,..l ... J'""'/_,,.ll .... l.,..l.,..l,..,l..,.ll .... 1 ..... 1.,..1,...,l....,.I Fig. 2 PL 439415 A1 /256l) / /. • i I ,. _I . .l _.' / / 2.1 Fig. 4 PL 439415 A1 21/253 • 6 -1 Hp L. 6 4- • ·6 • • -6 ./ 6 .,,~·r1 / i L Rp . 6 6 F6v 6 • • r-5 r-6 1 . 6 • I -6 • Jl 8 7 l 8 G Fig. 7 6 -----~ PL 439415 A1 22/25\., RO' ,,,, H i ' • R -/ ~ntena Jaz.owa {bez; ::.·ie1·sc1erna J ,"\rikno 1. v~yk~acv f {l. i-;1er;,c.i~rHe!n) 9 9 • •I • I • ·• .. 3 - PL 439415 A1 23/25R - 3 • 9 10 ZnorMa+2owara ehs~ahter/styk2 pr,::m,eni-:'.lwsnf:1 'IN przek~aju €!ew:Jc::jn:/m ::.,nten;;; oaz.owa (bez. per:Sc1e11,~ i 1'-.nkna l. i,:2,yhc1:u.\u 2 (a r-:ie, ~cierw;;rn} ' , ' , "" -... .,. • i "".., ......... PL 439415 A1 24/25al. Niepodleglosci 188/192 00-950 Warszawa, skr. poczt 203 URZAD PATENTOWY RZECZYPOSPOLITEJ POLSKIEJ tel.: (+48) 22 579 05 55 I fax: (+48) 22 579 00 01 e-mail: kontakt@uprp.gov.pl I www.uprp.gov.pl SPRAWOZDANIE O STANIE TECHNIKI ZGLOSZENIA NR P.439415 Klasyfikacja zgloszenia: H0lQ 19/00 (2006.01); H0lQ 21/29 (2006.01); H0lQ 3/44 (2006.01), H0lQ 1/42 [2006.01) Poszukiwania prowadzone w klasach: H0lQ Bazy komputerowe, w których prowadzono poszukiwania: e-wyszukiwarka UPRP, Epoquenet, Espacenet, Google Kategoria Dokumenty - z podana identyfikacja Odniesienie dokumentu do zastrz. A US6606057 B (CHIANG BING: GOTHARD GRIFFIN K: SNYDER 1 - 12 CHRISTOPHER A; GAINEY KENNETH M, TANTIVY COMMUNICATIONS, INC) 2002-10-31 A JP3588445 B (ATR ADAPTIVE COMM RES LAB) 2004-11-1 O 1 - 12 A WO2014140791 A (ALCATEL LUCENT) 2014-09-18 1 - 12 A US2016365632 A (ELECTRONICS & TELECOMMUNICATIONS RES INST) 1 - 12 2016-12-15 A US2016261033 A (KOREA AIRPORTS CORP) 2016-09-08 1 - 12 ? Dalszy ciag wykazu dokumentów na nastepnej stronie A - dokument okreslajacy ogólny stan techniki, który nie jest uwazany za posiadajacy szczególne znaczenie, E - dokument stano\\'iacy wczesniejsze zgloszenie lub patent, ale opublikowany w lub po dacie zgloszenia, L - dokument, który moze poddawac w watpliwosc zastrzegane pierwszehstwo(-wa), lub przytoczony w celu ustalenia claty publikacji innego L')'tcnvanego doku1nentu lub z innego szczególnego pcnvoclu, O - dokument odnoszaty sie do ujawnienia ustnego przez zastosowanie, wystawienie lub ujawnienie w inny sposób, r - dokument opublikowany przed data zgloszenia, ale pózniej niz zastrzegana data pierwszenstwa, T - dokument pózniejszy, opublikowany po dacie zgloszenia lub w dacie pierwszenstwa i niebedacy w konflikcie ze zgloszeniem, ale cytowany w celu zrozumienia rnsad lub teorii lezacych u podstaw \\ynal8zku, X - dokument o szczególnym znaczeniu; zastrzegany wynalazek nie moze byc uwazany za no\\Y lub nie moze byc uwazany za posiadajacy poziom wynalazczy, jezeli ten dokument brany jest pod uwage samodzielnie, y dokument o szczególnym znaczeniu; zastrzegany ,rynalazek nie moze byc uwazany za posiadajacy poziom ,\ynalazczy, jezeli ten dokument zostanie polaczony z jednym lub kilkoma tego typu dokumentami, a takie polaczenie bedzie oczywiste dla znawcy, & - dokument nalezacy do tej samej rodziny patentowej. Sprawozdanie wykonali-a: Jadwiga Gasik Ekspert data 27.07.2022r. /-podpisano kwalifikowanym podpisem elektronicznym-/ Pismo wydane w formie dokumentu elektroniczne_go Uwagi do zgloszenia Sprawozdanie zostalo wykonane w oparciu o wersje zastrzezen patentowych z 4.11.2021r. PL 439415 A1 /25 PL