УДК 621.396.67
А.Д. Киселев, М.А. Кудряшов
ФГБОУ ВО "ТГТУ" (г. Тамбов)
СИНТЕЗ
СВЕРХШИРОКОПОЛОСНЫХ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
РАЗЛИЧНОЙ
АПЕРТУРЫ ДЛЯ ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ БЕСПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Аннотация: рассмотрены основные аспекты анализа и синтеза антенной решетки
из 4-х рупоров, приведены результаты работы полученной антенны для беспроводных
систем широкополосного доступа.
В настоящее время бурно развиваются системы беспроводного
широкополосного доступа, к ним предъявляются высокие требования, в
частности
требования,
касающиеся
скоростных
характеристик
и
радиочастотного ресурса, поэтому осваиваются более новые диапазоны.
Большинство частотных диапазонов от 2 до 40 ГГц, лицензируемых и не
лицензируемых, заняты достаточно плотно и продолжают уплотняться, что
приводит к снижению качества сервисов и вероятности возникновения перебоев.
Более того, для дальнейшего увеличения пропускной способности радиоканала
требуется большая полоса частот. Осознавая это, частотные регуляторы во
многих странах, в том числе и в России, выделили частотный диапазон (Eдиапазон) миллиметровых волн для использования в радиорелейных линиях
(РРЛ) связи без необходимости получения лицензий (частотных разрешений) в
каждом конкретном случае. В традиционных технологиях РРЛ используется
ширина канала до 56 МГц, что ограничивает пропускную способность канала
Ethernet значениями порядка 360 Мбит/с. Для увеличения пропускания до 1
Гбит/с спектральную полосу понадобилось бы расширить до 156 МГц. Однако
каналы с такой шириной отсутствуют в лицензируемых диапазонах частот.
Выделенные в настоящее время миллиметровые диапазоны 60, 70, 80 и 90 ГГц
открывают в общей сложности 19 ГГц спектра радиочастот, что делает
идеальным их использование для высокоскоростных каналов передачи данных.
Для сравнения, в диапазонах от 2 до 6 ГГц ширина полосы, доступной для
построения каналов "точка-точка", не превышает 0,5 ГГц. В современных
городах занятость лицензируемого спектрального ресурса настолько высока, что
оператору подчас проблематично получить разрешение даже на полосу 7 МГц. В
частотном же диапазоне E(70/80 ГГц) выделенные для использования полосы
5+5 ГГц позволяют сделать канал настолько широким, что его пропускная
способность достигает 1 Гбит/с даже при низких схемах модуляции. В
настоящем поколении оборудования, использующем 4 и более уровней
модуляции, пропускная способность при той же ширине канала возрастает до 2
и более Гбит/с. [1]
С развитием такого диапазона, где пропускная способность достигает 1
Гбит/с, требуется применение соответствующего оборудования, к таким можно
отнести радиомосты или радиорелейные станции (РРС). То, что предлагают
зарубежные производители данной аппаратуры, рассчитано на небольшие
расстояния (1-2 км) и при воздействии климатических факторов (дождь, туман,
снег), будет наблюдаться падение скорости на крайних частотах. Для
устранения данных проблем следует использовать высокоэффективные антенные
системы, в настоящее время применяются зеркальные антенны E-BAND 1000Q.
Данная РРС обеспечивает высокую мощность на частотах 70/80 ГГц, благодаря
технологии MMIC, высокую пропускную способность, рассчитана на большие
расстояния и имеет высокую надежность. В нашем случае, предлагаем
использовать излучатели различной апертуры для таких антенных систем, в
частности, будем использовать рупорные антенны, например, антенную решетку
(АР) из 4-х рупоров, представленную на рисунке 1.
Рупорная антенна обладает широкополосностью и большими мощностями
излучения и позволяют формировать более узкие ДН в длиннофокусных
зеркальных антеннах.[2]
Проведем синтез данного излучателя в среде CST Studio.
Рисунок 1 – 3D-модель АР из 4-х рупоров.
Основные
электромагнитные
характеристики
данной
антенны,
промоделированной в программе CST Studio, представлены на рисунках 2 и 3.
а)
б)
а) плоскость E; б) плоскость H
Рисунок 2 – Нормированные диаграммы направленности по напряженности поля в
полярной и декартовой
системе координат
а)
б)
а) КСВ; б) КУ
Рисунок 3 – Графики зависимости коэффициента стоячей волны (КСВ) и усиления (КУ)
Таким образом, использование такого вида апертуры в E-диапазоне частот
позволит адаптироваться широкополосным системам связи (ШПСС) к
климатическим и атмосферным факторам при сохранении высокой пропускной
способности, а так же расширить зону действия РРЛ. Применяя данный
излучатель в составе одиночных антенн или в составе антенных решеток можно
выстроить высокоскоростную беспроводную систему передачи данных, как для
провайдеров, которые реализуют технологию 4G (LTE), а в будущем и 5G. так и
для передачи другого вида контента.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Аливерти М. 80 ГГц - выбор сегодня для сетей завтрашнего дня //М. Аливерти//
Вестник связи. М.: 2014.
2 Воскресенский Д.И. Антенны и устройства СВЧ: Учебник для вузов / Д.И.
Воскресенский и др. М.: Радиотехника, 2006, 375 с.
3 Рязанов, И. Г. Анализ и синтез широкополосной планарной щелевой антенны с
экспоненциальным изменением ширины щели для систем широкополосного
доступа // И. Г. Рязанов, А. А. Бякин, О. А. Белоусов // Вопр. соврем. науки и
практики. Ун-т им. В.И. Вернадского. – 2013. – № 2(46). – с. 297 – 306.
4 Рязанов, И. Г. Синтез антенной решетки с использованием излучателей
Вивальди для систем беспроводного широкополосного доступа // И. Г. Рязанов,
А. А. Бякин, О. А. Белоусов // Вопр. соврем. науки и практики. Ун-т им. В.И.
Вернадского. – 2013. – № 4(48). – с. 163 – 167.
5 Белоусов О.А. Построение сверхширокополосных излучателей с применением
интегрированных печатных волноводов телевидения // О.А. Белоусов, А.С.
Колмыкова, Р.Ю. Колмыков, А.И. Дякин // Вопр. соврем. науки и практики. Ун-т
им. В.И. Вернадского. – 2013. – № 4(48). – с. 214-220
Отзывы:
Авторизуйтесь, чтобы оставить отзывХорошая работа