Безбородов М. Ю. *, Ільїнов М. Д., Ліпатов А. А., Максименко Ю. Л., МІКРЮКОВ А. С. *** Компанія «ПАН-Телеком» («Турая-Україна») 01004, Київ, Бессарабська пл. 9/1, тел. 255-16-55 ** Науковий центр зв’язку та інформатизації Збройних Сил України 01015, Київ-15, а / я 103 тел. 290-41-73, 291-23-65

Анотація Розглядаються особливості антен мобільних терміналів (МТ) системи Турайя. Пояснюється вплив умов експлуатації на необхідні характеристики антенного комплексу. Наводяться варіанти побудови розроблених антен з поліпшеними характеристиками.

I. Вступ

Протягом усього періоду розвитку людства існувала потреба передачі повідомлень на великі відстані.

Можливості здійснення далекого зв’язку з віддаленими користувачами різко зросли з появою персональних систем супутникового зв’язку. Найбільш авангардної з них, в даний час, є [1] система Турайя (далі Система). Використання самих передових технологій при створенні бортовий багатопроменевої антеною решітки, мобільних терміналів, що працюють і в мережах GSM, а так само наземних ретрансляторів (РР) сигналів на лініях МТ-РР-ШСЗ і ШСЗ-РР-МТ, забезпечило отримання характеристик Системи, близьких до гранично можливим на сьогоднішній день. Разом з тим, досвід експлуатації Системи показав, що поліпшення її параметрів може бути отримано заміною уніфікованих штатних антен МТ на антени, адаптовані до використання в даному регіоні (в тому числі підстроюваним).

II. Основна частина

Характеристика антенних комплексів Системи.

Антенний комплекс стандартної “телефонної трубки” користувача включає в себе сукупність 3-х антен:

1. Антена МТ радіолінії ШСЗ < -> МТ приймає і випромінює хвилі кругової поляризації в осьовому напрямку в обох смугах частот 1523 … 1560 МГц і 1623 … 1660 МГц. Вона являє собою циліндричну восьмізаходную спіраль. Провідники спіралі спочатку наносяться на діелектричну плівку, яка потім згортається в трубку, діаметром близько 15 мм (многозаходной спіралі умова реалізації її малого діаметра).

2. Антена, призначена для роботи МТ в мережі GSM, є несиметричний вібратор, розташований всередині спіральної антени соосно. Зменшення довжини вібратора і настройка досягаються виготовленням його частини у вигляді витків.

3. Антена плати GPS являє собою микрополосковой майданчик прямокутної форми. Прийом хвиль кругової поляризації забезпечується підбором місць точок підключення возбуждаемой копланарной лінії.

Антенний комплекс, що розміщується в єдиному корпусі на даху транспортного засобу, складається з трьох антен:

1.Турнікетная приймально-передавальна антена (ТА) радіолінії ШСЗ < -> МТ виконана у вигляді двох ортогональних симетричних вібраторів на фольгованим діелектрику з відповідним фазує переходом до лінії живлення;

2. Антена сигналів GSM900 являє собою вертикальний несиметричний вібратор, довжиною 0,15 Хср. Для узгодження з фідером застосована котушка індуктивності.

3.Антенна прийому сигналів GPS така ж, як і в «телефонній трубці».

Антенний комплекс РР, служить для ретрансляції сигналу ШСЗ в зону радіотіні, де знаходиться МТ, і в зворотному напрямку. Специфічні вимоги до цього комплексу визначають необхідність його окремого розгляду.

Вплив умов експлуатації МТ, на характеристики його антен:

Велика протяжність радіолінії ШСЗ-МТ (близько 40.000 км.) І малий рівень сигналу вимагають застосування антени МТ, з великим коефіцієнтом посилення.

Однак, здійснення зв’язку без уточнення орієнтації антен, при орбітальної позиції ШСЗ в точці Е44 ° і знаходженні МТ в різних географічних районах, вимагає, щоб діаграма спрямованості була досить широкої

Крім того, при розташуванні МТ на кузові автомобіля, що переміщається по території Україні кут місця осі діаграми спрямованості (ДН) антени МТ має дорівнювати 30 ° -35 °, а азимут її напрями 160 ° -170 °. Зазначені цифри справедливі для нерухомого автомобіля. Повороти транспортного шляху, його ухили, нерівності полотна дороги тощо призводять до необхідності розширення діаграми спрямованості антени, то Тобто до зниження її коефіцієнта посилення і перешкодозахищеності.

Таким чином, умови експлуатації МТ визначають вимоги до антен.

Характеристика вдосконалених антен.

Дослідна експлуатація штатного антенного комплексу, розміщеного на автомобілі, дозволила встановити, що при його використанні на території Україні зв’язок МТ з ШСЗ, в ряді випадків, навіть на відкритій місцевості, виявляється незадовільною.

Причиною цьому, як показали контрольні вимірювання, були:

нерівномірність ДН турнікетною антени (ТА) в горизонтальній площині до 10 ДБ, а також мале значення коефіцієнта еліптичності Ке <

0, 3 при куті місця променя 45 °;

напрям максимуму ДН ТА в зеніт і її ширина у вертикальній площині близько 60 °, внаслідок чого рівень ДН в напрямі на ШСЗ не перевищує 0,2.

Для поліпшення енергетики радіолінії МТ-ШСЗ була доопрацьована ТА. В результаті оптимізації довжин вібраторів і введення додаткових похилих вібраторів, при тих же габаритах ТА, ширина її ДН склала (рис.1) близько 100 ° при максимальному випромінюванні, з невеликим провалом, в зеніт (в обох смугах частот). Нерівномірність випромінювання в горизонтальній площині не перевищує 5 дБ, КСВ <2.

Рис. 2. ДН спіральної антени Fig 2. DP of helical antenna

Рис. 1. ДН Турнікетна антена Fig. 1. DP of turnstile antenna

Крім того, була створена нова плоска двухзаходная спіральна антена (СА).

СА має у верхній і нижній смугах частот ширину ДН, відповідно близько 120 ° і 80 ° 90 ° з невеликим провалом в зеніті. Її максимуми направлені під кутом місця 40 ° -50 °; Ке> 0,7; КСВ <2. Важливою особливістю створеної СА є можливість її неоперативної підстроювання, що дозволяє оптимізувати ДН для даного географічного регіону.

III. Висновок

IV.  Список літератури

[1] Ліпатов А. А., Скорик. Т., Федорова Т. М. Комплексне використання геостаціонарного супутника рухомого зв’язку нового покоління В кн. 11-я Міжнародна Кримська конференція “НВЧ техніка і телекомунікаційні технології “. Матеріали конференції [Севастополь, 10-14 вересня 2001 р.]. Севастополь: Вебер, 2001, стор 247-249.

[2] Машков В. І., Пригода Б. А. До питання про регулювання КНД малонапрвленних антен космічних апаратів у польоті. В кн. “Апаратура для космічних досліджень”, Москва, “Наука”, 1979, стор 219-220

У процесі виконання роботи виявлено та реалізована можливість підвищення ефективності використання МТ Турайя шляхом модернізації існуючого антенного комплексу і створення нової плоскою спіральної антени.

IMPROVED ANTENNAS FOR MOBILE TERMINALS OF ‘THURAYA’ PERSONAL SATELLITE COMMUNICATIONS SYSTEM

Bezborodov M. Yu.*, IlyinovM. D., Lipatov A. A., Maksymenko Yu. L., MikryukovA. S.** *’PAN-Telecom’ Company (‘Thuraya-Ukraine’)

9/1 Bessarabskaya Sq., Kyiv, Ukraine, 01004 phone +380 (44) 2551655 **Scientific Centre for Communications and Informatization of the Armed Forces of Ukraine Box 103, Kyiv, Ukraine, 01015 phone +380 (44) 2904173, 2912365

Abstract Features of antennas for mobile terminals (MT) of the Thuraya system are considered. The influence of operating environment on the performance of the antenna system is shown. Optional design of antennas with improved performance is presented.

I. Main part

The Thuraya system is considered to be one of the most advanced at present [1]. However, the operating experience of the system has shown that a considerable improvement of its performance may be achieved by replacing unitized standard MT antennas with those adapted to local terrain (including tunable antennas).

A large spread of the satellite-MT link (about 40,000km) and limits imposed on onboard power resources result in small levels of received signals and, accordingly, require the application of MT antennas with large gain.

At the same time, the implementation of communications without antenna orientation adjustments for the orbital position of a satellite at the E44° point and with MTs located in different geographical areas requires a sufficiently broad directional pattern.

Optimized turnstile antenna vibrators (installed on car top) for the same overall dimensions offer a DP of 100° at maximum radiation with a small pattern dip in zenith (in both frequency bands). The non-uniformity of radiation over a horizontal plane does not exceed 5dB with the SWR<2.

A new helical antenna has been developed offering a DP of about 120° and 80°-90° for both high and low frequency bands with a small pattern dip in zenith. The peaks of the DP have a tilt of 40°-50°; ellipticity>0,7; SWR<2.

II. Conclusions

A possibility of boosting the efficiency of Thuraya MTs has been shown by modifying existing antenna systems and designing new helical antennas. The necessity of taking into account the interdependence of antenna parameters and MT operating conditions is stressed. New engineering solutions aimed at improving the antenna system have been offered.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології», 2003р.