3. Пути улучшения электродинамических характеристик базового варианта резонаторно-возбуждаемой антенны

3.1. Требования к антенным устройствам подвижной и сотовой связи

Многообразие систем подвижной радиосвязи УВЧ–СВЧ диапазона и различия в условиях их применения естественным образом ведут к тому, что требования к электрическим характеристикам применяемых в них антенных устройств весьма различны в конкретных реализациях СПР (систем подвижной радиосвязи). Поэтому проблема выбора тактически, технически и экономически наиболее приемлемого варианта построения антенных устройств и систем является актуальной.

Требования к диаграмме направленности антенных устройств для узкополосной радиосвязи и систем с расширенным спектром (до 30%) могут варьироваться от круговой в азимутальной плоскости до остронаправленной секторной.

Антенны с круговой ДН (Omni) чаще необходимы для нестационарных объектов, меняющих своё положение в том числе и во время сеанса радиосвязи, а также на базовых станциях сотовых и корпоративных систем с небольшим числом абонентов при их равномерном распределении вокруг базовой станции. При этом антенные устройства базовых станций должны иметь повышенный коэффициент усиления и, соответственно, узкую ДН в вертикальной плоскости (для антенн, размещаемых на зданиях или на высоких мачтах также желателен наклон ДН в вертикальной плоскости). Что касается антенн подвижных объектов, то из-за непредсказуемости положения подвижных объектов в вертикальной плоскости (на склонах гор, холмов и т.д.) их ДН в вертикальной плоскости не должны быть слишком узкими. (Кстати, это относится и к секторным антеннам).

Антенны с секториальной ДН в азимутальной плоскости могут применяться в стационарных (неподвижных) объектах радиосвязи с заранее определённым направлением прихода сигнала и на базовых станциях сотовой связи для обеспечения кругового облучения несколькими антеннами с секториальной ДН или в случае секторной организации сот, а также в случаях расположения абонентов на вытянутых участках местности (например, в протяжённых населённых пунктах, расположенных вдоль рек, вдоль железных или автомобильных дорог). Требования к ДН в вертикальной плоскости такие же, как и для Omni-антенн.

В аналогичных случаях размещения абонентов могут применяться двухсекторные антенны с противоположным направлением излучения. В специальных случаях антенны БС систем связи могут иметь, например, двухсекторную ДН с направлениями излучения, составляющими угол, отличающийся от 180º. Или трёхсекторную ДН.

Базовая модель резонаторно-возбуждаемой антенны с секториальной ДН имеет хороший потенциал развития и улучшения электрических параметров. На её основе предложен ряд антенн, имеющих повышенный КНД. Особым и очень эффективным способом повышения КНД антенн вторичного излучения является предложенный метод разделительного экрана для антенных устройств с шириной апертуры более 0.5 λ в азимутальной плоскости. Метод основан на разделении (при помощи металлической поверхности, располагаемой в вертикальной плоскости симметрии внутри резонатора или рефлектора) потока электромагнитной энергии в азимутальной плоскости на две или более частей (апертур) с одинаковым распределением электромагнитного поля. В зависимости от исходной ширины апертуры антенны введение разделительного экрана внутрь рефлектора (резонатора) может увеличить КНД антенны на величину до 3 дБ для базового варианта антенны с первоначальной шириной апертуры 1 λ. Для уголковой антенны с большим размером рефлектора отмечен прирост КНД на величину до 5 дБ. При этом полоса рабочих частот, несмотря на сужение, остаётся достаточной для узкополосной связи.

Все предложенные антенны представляют ряд (семейство) антенных устройств, позволяющих выбрать технически наиболее приемлемый и экономически наиболее выгодный вариант антенного устройства для данных конкретных условий применения и эксплуатации системы связи.