Спешу развеять возможный скепсис по поводу разведения «соплей» о тяжестях новаторов в России. Речь пойдет именно о замечательной и передовой технологии.
Данная технология может применяться к различным типам антенн на очень широком частотном диапазоне от сотен мегагерц до 10 ГГц. Технология совершенно новая и не имеет аналогов.
Как известно, антенны с фазированной антенной решеткой (ФАР) до настоящего времени не нашли широкого применения в беспроводных системах связи, доступных на массовом рынке телекоммуникационного оборудования (в сетях WiMax, LTE, 3G, WiFi и т.п.). Были единичные попытки создания таких коммерческих антенных систем, но результаты были не пригодными для массового применения.
И виной тому является значительная стоимость подобных устройств, связанная с высокой ценой СВЧ элементов (фазовращателей, волноводов и т.д.), на которых построено большинство современных антенных систем с управляемыми диаграммами направленности и, что еще более важно, программное обеспечение, являющееся весьма нетривиальной задачей в рамках данной технологии.
Между тем использование таких антенн привело бы к качественному скачку в возможностях беспроводных коммуникаций.
Забегая вперед скажу, что решение уже есть, но обо всем по порядку.
Приведу основные преимущества, схематичное описание технологии, варианты возможного применения технологии и подведу краткий итог.
Антенны изготовленные по данной технологии, обладают следующими преимуществами:
Наши антенны могут быть исполнены в двух вариантах: с секторным сканированием и с круговым сканированием.
Концептуальная схема высокочувствительной антенны на 2,4 ГГц, обладающей высоким коэффициентом усиления и возможностью секторного сканирования:
Антенна состоит из зеркала (a), образованного трехмерным массивом управляемых рассеивателей, и приемопередающего элемента (облучателя) (b).
В качестве управляемых рассеивателей предполагается использование электрических вибраторов, нагруженных в центре емкостным импедансом, значение которого может изменяться. Вариация импеданса нагрузки позволяет настраивать фазу рассеянной вибратором волны. Одновременно с этим изменяется и амплитуда рассеянного поля. Предлагаемая конструкция (при которой рассеиватели размещаются в пространстве, а не на плоскости) позволяет произвольным образом изменять взаимное расположение рассеивателей, что расширяет возможности по оптимизации ее структуры для получения тех или иных характеристик.
Принцип работы:
Принцип работы изделия следующий — для эффективного приема излучения, значения нагрузок рассеивателей должны выбираться таким образом, чтобы фазы волн, создаваемых рассеивателями, обеспечивали оптимальное сложение этих волн в точке расположения приемопередающего элемента (облучателя).
Для воплощения описанной концепции была рассчитана конструкция рассеивателя — электрического диполя, а также архитектура всего зеркала, сформированного из рассеивателей. Кроме того, определена конструкция облучателя зеркала и его расположение относительно рассеивателей.
Конструкция рассеивателя:
Рассеиватель представляет собой одностороннюю печатную плату и образован плечами диполя (a), трансформатором импеданса — длинной линией (b), варикапом (с), подключенным к длинной линии, шунтирующими дросселями (d), отделяющими ВЧ часть рассеивателя от управляющих линий (e), по которым к варикапу прикладывается напряжение смещения. Длинная линия (трансформатор импеданса) введена в конструкцию для расширения диапазона изменения импеданса нагрузки на входе диполя.
Измерения тестового образца показали, что антенна обладает следующими характеристиками:
Диаграмма направленности антенны с секторным сканированием (три рисунка соответствуют диаграммам направленности, смещенным в вертикальной плоскости):
Однако основным звеном в технологии, является программное обеспечение отвечающее за формирование требуемой диаграммы направленности. Была выбрана система управления использующая механизмы самоорганизации (самонастройки) массива рассеивателей.
Антенны с круговым сканированием, построенные с использованием УПР технологии, образованы многоярусной коллинеарной антенной, окруженной слоем пассивных рассеивателей специальной конструкции (рассчитанной с учетом влияния на их характеристики близко расположенного активного элемента и линий управления).
Для второго типа антенн достигнуты следующие характеристики:
Диаграмма направленности антенны с круговым сканированием:
Стоит отметить, что технология досконально проработана, была опробована в реальных условиях и показала превосходные результаты.
Также, несомненным является и тот факт, что перспективы у данной технологии крайне высоки, если не сказать, что за ней будущее.
Для более детального описания можно ознакомиться с презентацией.
Спасибо за внимание. Буду рад любым вопросам, замечаниям. И предложениям инвестирования.
Высокочувствительные антенны на основе массива управляемых пассивных рассеивателей
Данная технология может применяться к различным типам антенн на очень широком частотном диапазоне от сотен мегагерц до 10 ГГц. Технология совершенно новая и не имеет аналогов.
Как известно, антенны с фазированной антенной решеткой (ФАР) до настоящего времени не нашли широкого применения в беспроводных системах связи, доступных на массовом рынке телекоммуникационного оборудования (в сетях WiMax, LTE, 3G, WiFi и т.п.). Были единичные попытки создания таких коммерческих антенных систем, но результаты были не пригодными для массового применения.
И виной тому является значительная стоимость подобных устройств, связанная с высокой ценой СВЧ элементов (фазовращателей, волноводов и т.д.), на которых построено большинство современных антенных систем с управляемыми диаграммами направленности и, что еще более важно, программное обеспечение, являющееся весьма нетривиальной задачей в рамках данной технологии.
Между тем использование таких антенн привело бы к качественному скачку в возможностях беспроводных коммуникаций.
Забегая вперед скажу, что решение уже есть, но обо всем по порядку.
Приведу основные преимущества, схематичное описание технологии, варианты возможного применения технологии и подведу краткий итог.
Преимущества
Антенны изготовленные по данной технологии, обладают следующими преимуществами:
- Низкая себестоимость — до $500 для базовых станций и до $100 для клиентских станций;
- Автоматическое формирование распределенных беспроводных сетей со множеством узлов;
- Минимизация влияния источников помех на качество связи;
- Минимизация отрицательного влияния на качество связи отражений сигнала от окружающих объектов;
- Определение направления на движущийся источник сигнала;
- Низкое энергопотребление;
- Высокая скорость переключения конечных состояний;
- Быстрый интерфейс коммуникации с вычислительным устройством;
- Высокая точность выходного сигнала (напряжения);
- Возможность переконфигурации.
Описание технологии
Наши антенны могут быть исполнены в двух вариантах: с секторным сканированием и с круговым сканированием.
Антенны с круговым сканированием.
Концептуальная схема высокочувствительной антенны на 2,4 ГГц, обладающей высоким коэффициентом усиления и возможностью секторного сканирования:
Антенна состоит из зеркала (a), образованного трехмерным массивом управляемых рассеивателей, и приемопередающего элемента (облучателя) (b).
В качестве управляемых рассеивателей предполагается использование электрических вибраторов, нагруженных в центре емкостным импедансом, значение которого может изменяться. Вариация импеданса нагрузки позволяет настраивать фазу рассеянной вибратором волны. Одновременно с этим изменяется и амплитуда рассеянного поля. Предлагаемая конструкция (при которой рассеиватели размещаются в пространстве, а не на плоскости) позволяет произвольным образом изменять взаимное расположение рассеивателей, что расширяет возможности по оптимизации ее структуры для получения тех или иных характеристик.
Принцип работы:
Принцип работы изделия следующий — для эффективного приема излучения, значения нагрузок рассеивателей должны выбираться таким образом, чтобы фазы волн, создаваемых рассеивателями, обеспечивали оптимальное сложение этих волн в точке расположения приемопередающего элемента (облучателя).
Для воплощения описанной концепции была рассчитана конструкция рассеивателя — электрического диполя, а также архитектура всего зеркала, сформированного из рассеивателей. Кроме того, определена конструкция облучателя зеркала и его расположение относительно рассеивателей.
Конструкция рассеивателя:
Рассеиватель представляет собой одностороннюю печатную плату и образован плечами диполя (a), трансформатором импеданса — длинной линией (b), варикапом (с), подключенным к длинной линии, шунтирующими дросселями (d), отделяющими ВЧ часть рассеивателя от управляющих линий (e), по которым к варикапу прикладывается напряжение смещения. Длинная линия (трансформатор импеданса) введена в конструкцию для расширения диапазона изменения импеданса нагрузки на входе диполя.
Измерения тестового образца показали, что антенна обладает следующими характеристиками:
- Рабочий диапазон частот 2.4 ГГц;
- Ширина рабочей полосы частот до 200 МГц;
- Коэффициент усиления антенной решетки более 21dBi при размерах антенной решетки 60см х 100см;
- Перестройка главного лепестка диаграммы направленности от -60о до +60о в азимутальной плоскости и от -15о до +15о по углу места;
- Обеспечение стабильности приема/передачи при изменении окружающей обстановки, а также поддержка многопользовательских режимов работы при удовлетворении требованиям высокой скорости переключения конечных состояний и быстроте интерфейса.
- Средняя скорость передачи данных для устройств WiFi (IEEE 802.11b) — 6,85 Мбит/с на расстоянии 6,5км
- Количество одновременных соединений — 135
Диаграмма направленности антенны с секторным сканированием (три рисунка соответствуют диаграммам направленности, смещенным в вертикальной плоскости):
Однако основным звеном в технологии, является программное обеспечение отвечающее за формирование требуемой диаграммы направленности. Была выбрана система управления использующая механизмы самоорганизации (самонастройки) массива рассеивателей.
Исполнение с круговым сканированием
Антенны с круговым сканированием, построенные с использованием УПР технологии, образованы многоярусной коллинеарной антенной, окруженной слоем пассивных рассеивателей специальной конструкции (рассчитанной с учетом влияния на их характеристики близко расположенного активного элемента и линий управления).
Для второго типа антенн достигнуты следующие характеристики:
- рабочий диапазон частот — 2.4 ГГц
- ширина полосы — 100/200 МГц
- коэффициент усиления — до 8 dBi
- диапазон углов сканирования — 360 градусов в горизонтальной плоскости
Диаграмма направленности антенны с круговым сканированием:
Возможные варианты коммерциализации технологии
- Создание 3G / LTE модема, оборудованного управляемой антенной;
- Создание WiFi точки доступа, оборудованной управляемой антенной;
- Создание самонастраиваемых антенн для быстроразворачиваемых на неподготовленных территориях систем связи (в том числе с большим числом узлов);
- Создание RFID систем большой дальности;
- Создание клиентских терминалов для систем спутниковой связи;
- Создание охранных радиолокационных систем;
- Создание систем пеленгации подвижных объектов, передвигающихся по ограниченной территории;
- Создание распределенных антенных систем (технология DAS).
Послесловие
Стоит отметить, что технология досконально проработана, была опробована в реальных условиях и показала превосходные результаты.
Также, несомненным является и тот факт, что перспективы у данной технологии крайне высоки, если не сказать, что за ней будущее.
Для более детального описания можно ознакомиться с презентацией.
Спасибо за внимание. Буду рад любым вопросам, замечаниям. И предложениям инвестирования.